工業(yè)自動(dòng)化控制DCS系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)分析

郝宏偉

（國(guó)能錦界能源有限責(zé)任公司，陜西 神木 719319）

隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，一些高科技含量的設(shè)備投入越來(lái)越多，這些設(shè)備運(yùn)行參數(shù)復(fù)雜，需要功能更加完善的控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控其運(yùn)行。在工業(yè)自動(dòng)化控制中，DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用讓自動(dòng)化控制的可靠性越來(lái)越高。但由于DCS系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境復(fù)雜，加上系統(tǒng)本身的軟硬件組成復(fù)雜，難免會(huì)出現(xiàn)一些故障。為了更好地發(fā)揮DCS系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化控制中的作用，需要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)，總結(jié)其在運(yùn)行中常發(fā)生的故障類(lèi)型，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)性地采取科學(xué)措施進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，確保其穩(wěn)定運(yùn)行，更好地發(fā)揮控制功能。

1 DCS系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)也被稱(chēng)為集散控制系統(tǒng)，即集中管理、分散控制系統(tǒng)，它是區(qū)別于集中控制系統(tǒng)的。DCS系統(tǒng)的信息傳輸主要是依靠網(wǎng)絡(luò)通信，而且其過(guò)程控制主要依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又設(shè)置成不同的層級(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同層級(jí)的設(shè)備進(jìn)行過(guò)程控制。DCS系統(tǒng)不是由單一的系統(tǒng)組成的，而是融合了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制等現(xiàn)代技術(shù)，正是由于這些現(xiàn)代技術(shù)的融合應(yīng)用，才讓DCS系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快，對(duì)設(shè)備的控制更加可靠。其控制原理是所有的運(yùn)行系統(tǒng)都通過(guò)中央控制室來(lái)監(jiān)控，而執(zhí)行控制任務(wù)的每個(gè)單元都是分散獨(dú)立的。比如，控制芯片、顯示器等，包括相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)之間的運(yùn)行都是獨(dú)立的。這樣的話(huà)，就保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。而且DCS系統(tǒng)監(jiān)控以及組態(tài)的軟件包都具備良好的功能，運(yùn)行起來(lái)的安全性能很高，再加上結(jié)構(gòu)冗余的硬件設(shè)計(jì)，讓DCS系統(tǒng)有了更好的拓展性。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)的功能也越來(lái)越完善，可以和一些系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，滿(mǎn)足不同生產(chǎn)環(huán)境下的控制需求，進(jìn)而發(fā)揮更大的作用。比如，DCS系統(tǒng)可以和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，不僅可以監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，還可以在原料的調(diào)度方面、生產(chǎn)計(jì)劃方面等發(fā)揮作用，讓工業(yè)生產(chǎn)更加的穩(wěn)定，更加有秩序。

2 DCS系統(tǒng)的故障診斷流程及方法

2.1 故障診斷流程

在實(shí)際運(yùn)行中，DCS系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境不同，高溫、高濕、粉塵等惡劣環(huán)境都有可能會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)危害。而且不同的運(yùn)行環(huán)境下，DCS系統(tǒng)的故障也可能不同，不同故障的外在表現(xiàn)也有差異。長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)行出現(xiàn)的故障和在高濕環(huán)境下運(yùn)行出現(xiàn)的故障也有不同，因此要根據(jù)DCS系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境以及不同故障的外在表現(xiàn)等來(lái)判斷故障發(fā)生的原因，哪些部位以及零部件易出現(xiàn)故障等。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)DCS系統(tǒng)的故障排除流程為：

第一，要確定好故障源。發(fā)生故障以后，要先判斷故障源是現(xiàn)場(chǎng)儀表故障引起的，還是DCS系統(tǒng)故障引起的。首先排除儀表，如果是儀表出現(xiàn)問(wèn)題，要進(jìn)行維修，損壞的零部件要及時(shí)更換；如果是DCS系統(tǒng)故障，需要進(jìn)行進(jìn)一步的排查。

第二，人為操作不當(dāng)引起的故障。這類(lèi)故障相對(duì)來(lái)說(shuō)在實(shí)際中出現(xiàn)的比較多，而且排查起來(lái)比較便捷，比如線(xiàn)路斷開(kāi)、短路、零部件損壞等，這些都比較易發(fā)現(xiàn)。主要包括接線(xiàn)故障、模塊安裝不當(dāng)?shù)?，還有相關(guān)的操作人員在進(jìn)行系統(tǒng)操作時(shí)，由于操作不當(dāng)導(dǎo)致的參數(shù)整定錯(cuò)誤，系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)定錯(cuò)誤等[1]。

第三，確定故障源是DCS故障后，要明確是硬件損壞引起的故障還是軟件系統(tǒng)導(dǎo)致的故障。如果是硬件故障，要結(jié)合工作環(huán)境及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，快速排查易發(fā)生故障的部位或零部件，之后進(jìn)行零部件的修復(fù)或更換。如果是軟件系統(tǒng)故障，可以嘗試先將系統(tǒng)進(jìn)行重啟，如果故障無(wú)法消除，再?lài)L試安裝新的系統(tǒng)軟件，若故障消除，則可正常啟動(dòng)；如果故障仍未消除，要檢查系統(tǒng)中編寫(xiě)的程序及組態(tài)的數(shù)據(jù)，再由專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)人員進(jìn)行維護(hù)，或者可以和系統(tǒng)的供應(yīng)商進(jìn)行聯(lián)系解決。

2.2 常用的故障診斷方法

DCS系統(tǒng)自身帶有故障自診斷程序，自診斷程序會(huì)定期對(duì)總線(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)上的一些模塊、部件等進(jìn)行診斷。如果在運(yùn)行中出現(xiàn)異常，系統(tǒng)就會(huì)形成故障代碼，而相應(yīng)的故障代碼則通過(guò)操作站來(lái)傳送給操作人員。操作人員根據(jù)故障代碼了解到故障信息后，需要進(jìn)行常規(guī)的檢查，主要是對(duì)發(fā)生故障的部位進(jìn)行逐步排查。在實(shí)際中，常用的故障排查法主要有以下幾種：

第一，直接判斷法。根據(jù)系統(tǒng)生成的故障代碼，結(jié)合故障現(xiàn)象以及之前的故障記錄等，對(duì)發(fā)生故障的部位及原因直接判斷[2]。這種診斷方法需要操作人員有豐富的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)基本上判斷出故障的原因。但是通過(guò)直接判斷法有時(shí)候并不能確定故障的準(zhǔn)確部位，只能確定出故障的大致部位，還需要進(jìn)行檢查確認(rèn)，確定故障后再進(jìn)行排查。

第二，外部檢查法。這種檢查方法適用于表面易發(fā)現(xiàn)的故障診斷。通過(guò)外部檢查，可以將故障診斷的時(shí)間大大縮短，主要是通過(guò)觀(guān)察來(lái)發(fā)現(xiàn)一些零部件是否有損壞、接線(xiàn)頭的連接是否良好、插頭是不是有松動(dòng)以及線(xiàn)路是否存在斷開(kāi)等情況。有的故障可以通過(guò)對(duì)設(shè)備的輕微敲擊或晃動(dòng)等進(jìn)行判斷，比如線(xiàn)路連接不良的情況，可以通過(guò)輕微晃動(dòng)將連接不良的部位查找出來(lái)，一般連接不良的部位易發(fā)生脫落。

第三，分段查找法。對(duì)于發(fā)生故障的部位不明確，或者是影響的范圍不清晰，可以采用分段排查法，縮小故障的排查范圍?？梢詫l(fā)生故障的大致范圍進(jìn)行分段查找，對(duì)于在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)故障的線(xiàn)路及零部件進(jìn)行分段檢查，進(jìn)而確定故障發(fā)生的部位。

第四，替換對(duì)比法。在實(shí)際的故障排查中，這也是比較常用的一種方法。該方法操作起來(lái)也比較便捷，但前提是要對(duì)故障發(fā)生的部位盡可能地縮小，以減少零部件替換的時(shí)間。對(duì)于疑有故障的零部件，用新的零部件進(jìn)行替換安裝，如果故障排除，則是零部件損壞導(dǎo)致的故障，如果故障沒(méi)有排除，則需要進(jìn)一步對(duì)懷疑有故障的零部件進(jìn)行替換安裝，直到故障排除。需要注意的是，在進(jìn)行新的零部件替換安裝前，要確定系統(tǒng)中不存在短路或斷路的情況，否則會(huì)導(dǎo)致新替換安裝的零部件出現(xiàn)損壞，不僅浪費(fèi)了維護(hù)的時(shí)間，還提高了維護(hù)成本，造成不必要的浪費(fèi)。

3 工業(yè)自動(dòng)化控制DCS系統(tǒng)常見(jiàn)故障

3.1 通信網(wǎng)絡(luò)故障

在DCS系統(tǒng)中，其通信網(wǎng)絡(luò)主要是兩個(gè)方面：一方面是用于過(guò)程處理器的通信，一方面是用于人機(jī)交互的通信。在實(shí)際運(yùn)行中，不論是哪個(gè)方面的通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)讓DCS系統(tǒng)的控制功能受到影響[3]。導(dǎo)致DCS網(wǎng)絡(luò)通信故障的主要原因是數(shù)據(jù)傳輸不通暢或中斷、信號(hào)干擾等。在通信網(wǎng)絡(luò)中，信息數(shù)據(jù)的傳輸主要通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的問(wèn)詢(xún)進(jìn)行，如果某節(jié)點(diǎn)向其它的節(jié)點(diǎn)問(wèn)詢(xún)某數(shù)據(jù)，而被問(wèn)詢(xún)的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有此類(lèi)的數(shù)據(jù)，那么問(wèn)詢(xún)的節(jié)點(diǎn)就會(huì)不斷地向其它節(jié)點(diǎn)問(wèn)詢(xún)數(shù)據(jù)，這樣的話(huà)就會(huì)導(dǎo)致通信不通暢。還有就是進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)碾娎|若長(zhǎng)期未進(jìn)行更換，出現(xiàn)老化、腐蝕等現(xiàn)象后，會(huì)導(dǎo)致通信線(xiàn)路中斷。此外，在工業(yè)生產(chǎn)控制中，會(huì)有很多的運(yùn)行設(shè)備，這些不同的設(shè)備在系統(tǒng)中承擔(dān)著不同的作用，設(shè)備之間的信號(hào)傳輸存在一定的干擾，對(duì)DCS系統(tǒng)的信號(hào)傳輸形成干擾，影響其正常傳輸。

3.2 服務(wù)器切換異常

一般在DCS系統(tǒng)停運(yùn)檢修后，易出現(xiàn)DCS系統(tǒng)的主、輔服務(wù)器切換異常的情況。主要的故障現(xiàn)象是：CRT畫(huà)面顯示為灰色，而且顯示的信息均為亂碼，點(diǎn)擊報(bào)警記錄，顯示服務(wù)器B（A)→服務(wù)器A（B），點(diǎn)擊右下角的系統(tǒng)圖后，顯示為網(wǎng)絡(luò)故障。有故障的服務(wù)器顯示為紅色，無(wú)故障的服務(wù)器顯示為綠色，控制器部分是正常的。主要原因是：DCS系統(tǒng)只進(jìn)行一次對(duì)時(shí)，有可能導(dǎo)致主、副服務(wù)器的時(shí)間不一致，出現(xiàn)無(wú)法切換的情況，也有可能是主服務(wù)器的信號(hào)未發(fā)出，或者是故障信號(hào)發(fā)出后，副服務(wù)器沒(méi)有收到信號(hào)，導(dǎo)致主、副服務(wù)器切換異常。

3.3 電源故障

電源是保證DCS系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、有效監(jiān)控的基礎(chǔ)。DCS系統(tǒng)中，為了防止突發(fā)故障后電源出現(xiàn)斷路，導(dǎo)致系統(tǒng)停止運(yùn)行，經(jīng)常采用冗余雙電源的模式進(jìn)行供電，即一個(gè)主電源，一個(gè)備用電源。在實(shí)際運(yùn)行中，主要依靠主電源進(jìn)行供電，一旦主電源發(fā)生故障，系統(tǒng)可以主動(dòng)切換到備用電源上，確保系統(tǒng)的運(yùn)行安全穩(wěn)定。電源故障主要是電源接線(xiàn)頭接觸不良、松動(dòng)、回路端子排接線(xiàn)螺栓松動(dòng)或過(guò)熱等，電源的阻抗值變大影響輸出、電源線(xiàn)布設(shè)不合理等，在一些具有強(qiáng)磁干擾的區(qū)域會(huì)導(dǎo)致電源過(guò)度的損耗。此外，電源保險(xiǎn)燒毀、機(jī)籠燒毀等也是比較常見(jiàn)的電源故障[4]。

3.4 系統(tǒng)插件故障

DCS系統(tǒng)插件是一種連接器件，主要的功能是根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行要求，對(duì)電纜及電纜端頭進(jìn)行接通、斷開(kāi)，這些插件有的是需要接通的，有的需要絕緣的。在實(shí)際運(yùn)行中，由于接觸插件的材料選用不當(dāng)、設(shè)計(jì)不合理以及運(yùn)行環(huán)境影響等，會(huì)導(dǎo)致接觸插件出現(xiàn)接觸不良的情況，導(dǎo)通不暢。還有就是接觸插件之間的灰塵、金屬屑以及絕緣老化等，導(dǎo)致接觸插件出現(xiàn)絕緣不良的情況。

4 工業(yè)自動(dòng)化控制DCS系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)

4.1 優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)DCS系統(tǒng)故障排查流程及排查法確定發(fā)生故障的原因及部位，確定部位、明確原因后進(jìn)行針對(duì)性的維護(hù)。在日常的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)維護(hù)中，要多查看DCS主系統(tǒng)以及和主系統(tǒng)相連的系統(tǒng)之間的通信負(fù)荷率，可以采用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀器定期檢查通信負(fù)荷率，如果該指標(biāo)超過(guò)正常值，要及時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化，還可以將系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保通信負(fù)荷率在正常的范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中，降低通信負(fù)荷率也可以用優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的方式，比如在操作站與主控單元之間的服務(wù)器，一般采用的是單層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以將其進(jìn)行優(yōu)化，采用雙層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的方式，以更好地降低通信負(fù)荷率。要定期檢查通信電纜情況，有老化、絕緣損壞、腐蝕等現(xiàn)象要及時(shí)更換，還要保證新更換的電纜質(zhì)量達(dá)到實(shí)際運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還要注意，對(duì)于雙路冗余方式配置的電纜，要查看是否有插頭松動(dòng)、接觸不良等情況，要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。對(duì)于信號(hào)干擾帶來(lái)的通信故障，要采取有效的措施讓電氣設(shè)備相互隔離開(kāi)來(lái)，可以加大電氣設(shè)備之間的間隔，也可以安裝信號(hào)隔離裝置，將地線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔開(kāi)，這樣的話(huà)，就會(huì)降低設(shè)備之間的相互干擾影響[5]。

4.2 服務(wù)器異常的維護(hù)

對(duì)于主、副服務(wù)器切換異常的維護(hù)，要先將CRT操作停止，確定機(jī)組的主機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定。之后，將紅色報(bào)警服務(wù)器進(jìn)行手動(dòng)重啟，檢查服務(wù)器是不是一主一備，如果系統(tǒng)圖上顯示的是一臺(tái)為綠色，另外一臺(tái)為黃色，則確認(rèn)為一主一備。再檢查系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和控制器有沒(méi)有存在故障，如果網(wǎng)絡(luò)和控制器均正常，則需要查看服務(wù)器的對(duì)時(shí)系統(tǒng)有無(wú)差別。如果是對(duì)時(shí)系統(tǒng)差別導(dǎo)致的切換異常，需要重新啟動(dòng)主服務(wù)器，并從軟件設(shè)置上讓主、副服務(wù)器每間隔一段時(shí)間進(jìn)行一次對(duì)時(shí)，確保主、副服務(wù)器的時(shí)間一致。如果不是主、副服務(wù)器對(duì)時(shí)系統(tǒng)差別帶來(lái)的切換異常，需要進(jìn)行下一步排查。

4.3 加強(qiáng)電源維護(hù)

電源是DCS系統(tǒng)的重要組件，對(duì)于電源的維護(hù)主要是做好預(yù)防工作。首先，要把好質(zhì)量關(guān)，在電源的投入使用前，要選擇質(zhì)量更好的產(chǎn)品，確保產(chǎn)品的參數(shù)滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行要求。其次，在日常的維護(hù)中，要定期檢查電源的回路以及輸出電壓等，查看電源內(nèi)部元器件是不是有老化的現(xiàn)象，要及時(shí)更換元器件。利用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)試接線(xiàn)螺栓的溫度，查看有無(wú)存在接線(xiàn)螺栓溫度過(guò)高現(xiàn)象。查看電源的保險(xiǎn)絲容量是不是符合運(yùn)行的要求，有無(wú)存在保險(xiǎn)絲容量過(guò)大或過(guò)小的情況。另外，需要注意的是，冗余雙電源供電方式有其必然的優(yōu)勢(shì)，但也會(huì)導(dǎo)致電源故障報(bào)警信息不準(zhǔn)，不利于對(duì)故障的判斷。需要在停機(jī)檢修時(shí)，尤其是要加強(qiáng)機(jī)籠的檢修，因?yàn)闄C(jī)籠更換的流程較為繁瑣，更換難度大，檢修過(guò)程中很少進(jìn)行更換，導(dǎo)致其長(zhǎng)期運(yùn)行，易出現(xiàn)燒毀的情況，因此最好是定期更換機(jī)籠[6]。最后，建立電源使用及維護(hù)情況管理日志，讓檢修人員能夠掌握電源設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)進(jìn)行檢修或更換零部件，也為后期的檢修維護(hù)提供一些必要的參考依據(jù)。

4.4 系統(tǒng)插件維護(hù)

要定期對(duì)系統(tǒng)插件進(jìn)行維護(hù)，尤其是裝機(jī)后，要對(duì)插件的導(dǎo)通情況進(jìn)行靜態(tài)狀態(tài)下的逐點(diǎn)檢查。檢查工作比較繁瑣，需要檢查的項(xiàng)目比較多，依靠人工手持儀器進(jìn)行檢查的話(huà)，需要耗費(fèi)不少時(shí)間。實(shí)際中，可以借助導(dǎo)通檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、效率高，而且不會(huì)出現(xiàn)漏檢或錯(cuò)檢的情況。還要做好動(dòng)態(tài)振動(dòng)試驗(yàn)，在靜態(tài)下插件即便接觸良好，實(shí)際運(yùn)行中由于振動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致插件出現(xiàn)信號(hào)瞬時(shí)中斷的情況，因此通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)可以檢驗(yàn)插件在系統(tǒng)運(yùn)行情況下的接觸情況。針對(duì)絕緣不良的情況，要經(jīng)常進(jìn)行插件清理工作，用吹灰器清理插件上的灰塵、金屬屑等。在機(jī)組停運(yùn)檢修期間，對(duì)于平常難以清理的死角進(jìn)行全面清理，使用專(zhuān)用清洗劑清洗插件以及插件的卡槽，確保插件與卡槽接觸良好。檢查插件的絕緣情況，出現(xiàn)絕緣老化的要及時(shí)更換，防止出現(xiàn)絕緣被擊穿的情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

DCS系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要部分，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化控制具有重要的作用。因此，需要加強(qiáng)對(duì)DCS系統(tǒng)的維護(hù)，根據(jù)其常見(jiàn)的故障進(jìn)行針對(duì)性的維護(hù)排查。排查的過(guò)程中，要合理地應(yīng)用一些常用的排查方法，可以快速便捷地查找故障部位，還要加強(qiáng)對(duì)DCS系統(tǒng)日常的檢修，對(duì)于一些易發(fā)故障部位及零部件要重點(diǎn)監(jiān)控，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)維護(hù)排查，讓DCS系統(tǒng)更加穩(wěn)定地運(yùn)行，為工業(yè)自動(dòng)化控制發(fā)揮自身的作用。