自動化儀表 (DCS)常見故障以及預(yù)防性維護(hù)分析

李世彪

摘 要：近年來，有色冶煉產(chǎn)品對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用愈加突出，更加需要加強(qiáng)生產(chǎn)制備狀態(tài)下不同參數(shù)的把控，充分發(fā)揮出自動化儀表的功能優(yōu)勢。自動化儀表在長時期使用中會顯露出一些問題，影響到有色冶煉產(chǎn)品質(zhì)量。所以，準(zhǔn)確了解自動化儀表故障，是制定合理處理策略的基礎(chǔ)。本文主要從自動化儀表（DCS）概況、生產(chǎn)中的DCS故障、DCS系統(tǒng)日常管理和故障防范和維護(hù)措施等方面展開分析，以作借鑒。

關(guān)鍵詞：自動化儀表（DCS）;常見故障;預(yù)防性維護(hù)

工業(yè)的快速發(fā)展，客觀上提高了機(jī)械設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，尤其表現(xiàn)在有色冶煉產(chǎn)業(yè)自動化方面。日常的工業(yè)生產(chǎn)中，自動化儀表發(fā)生異常故障必然會對生產(chǎn)狀況造成影響，進(jìn)而限制了冶煉企業(yè)的效益。所以，分析研究自動化儀表的故障問題，是更好地優(yōu)化處理辦法的重要措施。

1自動化儀表（DCS）概況

1.1基本原理

近年來，自動化監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛使用自動儀表和自動化控制技術(shù)。DCS系統(tǒng)，簡稱分散控制系統(tǒng)，主要利用了通訊原理，以數(shù)據(jù)公路作為支撐DCS系統(tǒng)的主干，用于系統(tǒng)部件之間的通訊網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)公路設(shè)計基本決定了系統(tǒng)的靈活性和安全性。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，自動化儀表具備的連續(xù)工作和數(shù)據(jù)檢測功能，便于操作人員利用管理端的參數(shù)儀表報數(shù)，對系統(tǒng)進(jìn)行控制;利用軟件編程保障系統(tǒng)地自動化處理，維護(hù)系統(tǒng)組件的正常運行，提高了設(shè)備利用率。自動化儀表的持續(xù)檢測功能，使系統(tǒng)運行質(zhì)量明顯提升，在危險發(fā)生時，能夠立即啟動預(yù)警和報警裝置。

1.2應(yīng)用優(yōu)勢

DCS系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)信息記錄功能，通電狀態(tài)下永久保存，能夠記憶不同狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，為實現(xiàn)連續(xù)性的有色冶煉生產(chǎn)和完整記憶奠定基礎(chǔ)，加強(qiáng)了生產(chǎn)全過程的控制。DCS系統(tǒng)逐漸加入同步、異步兩類通訊手段，同步通訊是以時鐘信號，對數(shù)據(jù)傳輸、接收狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而異步網(wǎng)絡(luò)未設(shè)置時鐘報告系統(tǒng)。

1.3主要功能

DCS系統(tǒng)，是儀表計算自動化的具體體現(xiàn)，使表計算速度、準(zhǔn)確度明顯提升，計算功能更加強(qiáng)大。自動化儀表以此具備了復(fù)雜計算功能，使計算結(jié)果更為精確。儀表運行強(qiáng)調(diào)最值的明確化，從而簡化操作流程，大大提升了整體運轉(zhuǎn)效率，使儀表計算功能的應(yīng)用優(yōu)勢更加突出。有色冶煉產(chǎn)品基于電子計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行構(gòu)造、特征、規(guī)律的分子設(shè)計，放大了綠色精細(xì)有色冶煉產(chǎn)品的關(guān)鍵因素，使生產(chǎn)過程安全、環(huán)保。

1.4故障監(jiān)測與判斷能力

儀表需要對有色冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息完整記錄，優(yōu)化了傳統(tǒng)有色冶煉設(shè)備以硬件設(shè)備為主、故障位置確定時間長的不足，將DCS系統(tǒng)的故障監(jiān)測功能應(yīng)用于儀表自動化，從而加入了微機(jī)處理系統(tǒng)，以便于對故障進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的科學(xué)分析，快速完成故障位置的確定，大大提升了故障排除與檢修效率，有利于設(shè)備運行故障發(fā)生后排查時間和檢修時間的大幅度縮減，使有色冶煉生產(chǎn)的平均效率明顯提升，例如，氣相或液相的色譜儀器利用色譜分離法科學(xué)分離化學(xué)混合物，使其中混雜的不同化學(xué)成分含量更加準(zhǔn)確。

1.5計算能力和準(zhǔn)確率

有色冶煉生產(chǎn)過程要求實時測試和計算各個階段的數(shù)據(jù)信息，線性處理、自檢校正、測量值與工程值轉(zhuǎn)換、抗干擾等都是測量器件可能出現(xiàn)的問題。在機(jī)械設(shè)備中合理安裝DCS系統(tǒng)，是這些問題的處理過程依靠應(yīng)用軟件來完成，從而縮減了相關(guān)人員的工作量，使設(shè)備的處理能力更加完善，可以由自動化儀表完成檢索操作、數(shù)據(jù)處理記憶等功能，同時結(jié)合了設(shè)備內(nèi)部微型計算機(jī)的保存功能，使數(shù)據(jù)存儲、記憶質(zhì)量和運行效率等功能都有了大幅度提升，更加適應(yīng)了機(jī)械設(shè)備的運行狀況。

2生產(chǎn)中的DCS故障

2.1人為因素導(dǎo)致

一是管理制度不完善。操作人員在電廠USB端口與輔助控制網(wǎng)不完全封閉的狀態(tài)下，與外部設(shè)備通過USB端口連接起來，會增大設(shè)備死機(jī)的可能性;如果在DCS未備份、POKI操作戰(zhàn)軟件未升級時，硬盤發(fā)生操作性失誤，系統(tǒng)運行發(fā)生癱瘓問題時常發(fā)生，中斷通訊網(wǎng)絡(luò)的正常運行。二是操作流程不規(guī)范。電廠XDPS系統(tǒng)內(nèi)DEH故障發(fā)生后，不能準(zhǔn)備相應(yīng)的備品，會使故障器的更換時間明顯延緩;大修之后未作調(diào)整就沿用MEH邏輯的方式，往往會出現(xiàn)畫面顯示無效的狀況，人機(jī)接口站呈現(xiàn)數(shù)據(jù)閃頻問題。三是人員操作失誤，DCS繼電器的操作過程出現(xiàn)失誤，會造成鍋爐內(nèi)的MFT發(fā)生跳閘問題;DCS卡件常會因為操作人員不能及時核查其中的跳線為引發(fā)，使卡件更新后已然出現(xiàn)燃燒問題。

2.2系統(tǒng)自身問題

一是DCS軟件問題。除氧器中的水位控制回路邏輯，是在修改高加水位控制邏輯后形成，不徹底修改情況，只會降低PID參數(shù)的準(zhǔn)確性。二是系統(tǒng)接口問題。200MW電廠內(nèi)，供電組會在并網(wǎng)過程中會設(shè)置一條傳輸線路于DEH與并網(wǎng)信號之間，導(dǎo)致機(jī)組運行期間抖動異常，引發(fā)汽輪機(jī)跳閘。三是系統(tǒng)配置問題。200MW電廠機(jī)組的DCS改造，在未計算出系統(tǒng)負(fù)荷率的情況下進(jìn)行配置，會增大調(diào)試幾率，一般表現(xiàn)為90%以上，大于1分鐘的操作時間。四是控制器故障。300MW電廠機(jī)組的CPU運行故障發(fā)生時，會直接降低CPU切入主控的速度，使設(shè)備操作無法順利展開。五是網(wǎng)絡(luò)通訊故障。600MW電廠機(jī)組發(fā)生的汽輪機(jī)大擺動情況，M5控制器轉(zhuǎn)速降為Or/min，控制器的通訊過程中時常發(fā)生數(shù)據(jù)遺漏問題。

2.3系統(tǒng)電源故障

系統(tǒng)電源故障，會破壞自動化儀表的運行狀態(tài)，具體成因表現(xiàn)為為準(zhǔn)備備用電源、插頭接觸不良、空開容量偏低，以及負(fù)載線路不適應(yīng)、電路元件受損等情況。操作人員必須針對DCS系統(tǒng)的常見故障，制定相應(yīng)的檢查機(jī)制，以便于空開容量和設(shè)備接線不良狀況的及時發(fā)現(xiàn)，做好電源和設(shè)備的清理工作;實時觀察電源運行和指示燈顯示，確定其運行狀態(tài)。

2.4系統(tǒng)運輸故障

DCS系統(tǒng)運行階段，儀表顯示數(shù)據(jù)要實時傳送系統(tǒng)系統(tǒng)，而新設(shè)備的不合理加入，會直接引發(fā)系統(tǒng)的傳輸故障，影響到動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器的更新效率，偏離系統(tǒng)運行的實際狀態(tài)。如此一來，設(shè)備死機(jī)，正常運行狀態(tài)很難保持下去。工作人員必須針對此問題，編制相應(yīng)的DCS組態(tài)檢查計劃，盡可能地降低無效點的出現(xiàn)幾率。動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器在連接設(shè)備后，需要再次檢查接口，確保系統(tǒng)與設(shè)備軟件的應(yīng)用版本相統(tǒng)一，不會影響正常運行。

2.5系統(tǒng)干擾故障

自動化儀表所處的復(fù)雜環(huán)境，使其更容易因外部干擾發(fā)生故障，主要表現(xiàn)為接地方式不正確、系統(tǒng)屏蔽故障幾種，導(dǎo)致系統(tǒng)運城參數(shù)錯誤，影響到設(shè)備運行的穩(wěn)定性。為了更好地控制系統(tǒng)干擾故障，工作人員必須定期檢測接地系統(tǒng)狀況。儀表信號呈現(xiàn)大于4Ω的接地電阻值時，工作人員必須及時進(jìn)行調(diào)整。一般情況下，DCS控制信號也會受到切換電源、大功率通訊設(shè)備的影響，做好屏蔽處理非常重要，同時干擾源所在區(qū)域要留有一定空間，以控制系統(tǒng)可能受到的干擾性。

3自動化儀表（DCS）的日常管理

儀器設(shè)備管理，基于企業(yè)生產(chǎn)所需不同的儀表數(shù)量、類型，采用分級量化方式，但會增大全面管理的難度。將儀表明確區(qū)分開來，是落實管理制度的重要基礎(chǔ)，對具體的任務(wù)要求和負(fù)責(zé)人都能逐一明確。

一級管理項目一般采用區(qū)域劃分方式，明確責(zé)任人及其任務(wù)范圍。二級項目管理的要求較高，與項目自身所需的儀表設(shè)備技術(shù)含量高直接相關(guān)，需要配備專業(yè)人員完成設(shè)備操作、檢查、測試等環(huán)節(jié)，最大程度地降低故障的發(fā)生幾率。方案設(shè)計要求區(qū)別對待儀表的各類問題，制定相應(yīng)的預(yù)防措施，保障使用期限內(nèi)設(shè)備的良好運轉(zhuǎn)。使用自動化儀表的具體年限，通常受所處環(huán)境的制約，加強(qiáng)使用環(huán)境管理十分重要，關(guān)注壓力值、溫度值的具體變化。

儀器設(shè)備的使用環(huán)境，基本決定了故障記錄和成因分析方式，并且做好相應(yīng)的記錄工作，確保故障成因、處理措施等信息的完整性，便于后期的分析、判斷和處理。工作人員要對重要儀器建立專業(yè)的信息檔案，具體包含設(shè)備使用的周期、年限等信息，作為相關(guān)人員了解儀器使用狀況的重要資料，便于后期的維護(hù)和修理。

4 DCS系統(tǒng)故障防范和維護(hù)措施

4.1運行和啟停維護(hù)

工作人員要在系統(tǒng)停運時清理主機(jī)、機(jī)柜濾網(wǎng)、風(fēng)扇等構(gòu)件的殘留灰塵;逐一檢查DCS系統(tǒng)及其各個接口，再次處理其中的關(guān)鍵信號;在每一次的系統(tǒng)大修之后嚴(yán)格按照操作流程完成上電條件的確認(rèn);DCS系統(tǒng)要在機(jī)組檢修期間完成CPU、數(shù)據(jù)站、DPU、操作站等構(gòu)件的復(fù)位處理;冗余檢測多個系統(tǒng)，如冗余電源、服務(wù)器、通訊網(wǎng)絡(luò)等;檢查設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)運行、人機(jī)接口站、設(shè)備切換狀況，都要在停電狀態(tài)下完成。

設(shè)備運行故障發(fā)生后，技術(shù)人員要及時進(jìn)行檢修維護(hù)，搶修、冒進(jìn)都屬于不合理行為，將相應(yīng)的防護(hù)、隔離措施落實到位。分析研究引發(fā)系統(tǒng)報警地因素和自診斷結(jié)果，準(zhǔn)確判斷出故障的源頭所在，提升各項措施措施的可靠性。一旦大規(guī)模的出現(xiàn)運行故障，更換設(shè)備是主要的處理辦法，與相關(guān)人員保持良好溝通，便于異常故障的發(fā)現(xiàn)和處理。DCS故障的處理過程，必須在規(guī)則制度的要求內(nèi)，完成跳線卡件的更換。

設(shè)備的日常維護(hù)，要求依照國家規(guī)章制度和行業(yè)指標(biāo)落實相關(guān)流程，使管理DCS系統(tǒng)的制度體系完善化。整個過程要在電子間的封閉狀態(tài)下完成，濕度、純凈度、溫度都要符合空氣質(zhì)量規(guī)范;機(jī)柜風(fēng)扇需要由專業(yè)巡檢人員檢查一次，將工序流程和問題處理措施等情況都要記錄完整，維護(hù)風(fēng)道內(nèi)的通暢。系統(tǒng)良好的供電狀態(tài)，是確保電路設(shè)備電源正常供電的基礎(chǔ)，在故障發(fā)生時，由另一路警報啟動，防止發(fā)生系統(tǒng)停運狀況。

4.2設(shè)計與調(diào)試

編制故障緊急處理方案，要以設(shè)備特點和工況為基礎(chǔ)，合理設(shè)置手操裝置、操作站和緊急停電按鈕。系統(tǒng)調(diào)試要依照相關(guān)流程檢測回路和邏輯，使運行參數(shù)準(zhǔn)確可靠。系統(tǒng)控制邏輯的分配要分散化，一個控制器內(nèi)不能過于集中，以冗余配置方式進(jìn)行關(guān)鍵控制器的分配。電源設(shè)計，強(qiáng)調(diào)設(shè)計人員的前期設(shè)計必須合理，結(jié)合負(fù)荷量大小，為兩路電源的獨立奠定基礎(chǔ)。DCS系統(tǒng)接口、關(guān)鍵部位接口、冗余度都需要電廠人員的高度重視;對其同周圍的干擾物要做好清理工作，為接地故障的及時處理提供保障。

4.3斷電處理

自動化儀表檢修，強(qiáng)調(diào)首先判斷出設(shè)備故障所在，以及具體的差異狀況。設(shè)備檢測必須在停電狀態(tài)下開展，確保儀器檢查深度符合預(yù)期要求。例如，檢查儀表接線是否正確，膠皮脫落、線路變形問題是否存在，是主要的判斷依據(jù)。檢測散熱和電壓器一類設(shè)備的運行狀況，防止設(shè)備因熱量過大影響運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)必須斷電檢修。

4.4測量數(shù)據(jù)信號

測量儀表信號可用的方式多樣，檢測人員必須以實際檢測狀況為基礎(chǔ)，合理選擇測量方式，掌握設(shè)備故障成因，制定相應(yīng)的解決措施。而故障判斷準(zhǔn)確率和工作效率的有效提升，工作人員可以利用混用多種檢測方式，使檢修過程更加專業(yè)化。

結(jié)束語

科技水平的快速提升和工業(yè)的飛速發(fā)展，使自動化儀表成為了有色冶煉產(chǎn)業(yè)日常生產(chǎn)中的必要設(shè)備，其應(yīng)用范圍不斷拓寬。但是自動化儀表的長期使用，各種異常故障時常發(fā)生，進(jìn)而影響到企業(yè)生產(chǎn)狀況，必須采取有效的檢測、維修措施，通過加強(qiáng)分析研究故障，提升應(yīng)急預(yù)案的科學(xué)性，確保設(shè)備在使用周期內(nèi)正常運轉(zhuǎn)，維護(hù)企業(yè)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫永康.自動化儀表（DCS）常見故障以及預(yù)防性維護(hù)探析[J].百科論壇電子雜志，2020（10）：1876.

[2]劉建偉.煉化企業(yè)儀表自動化設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（22）：171-172.

[3]李彥.淺析有色金屬濕法冶煉工藝過程中的自動化儀表設(shè)計[J].中國金屬通報.2021，（02）：32-33.

[4]侯艷蘭.自動化儀表選型在有色冶煉循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用.2012，（06）：55-57.