DCS和ESD之間通訊故障導致氣化爐停車原因分析及處理

王　勇，馮雙雙，王宇宙

（兗礦國宏化工有限責任公司，山東　鄒城　273512）

DCS和ESD之間通訊故障導致氣化爐停車原因分析及處理

王勇，馮雙雙，王宇宙

（兗礦國宏化工有限責任公司，山東鄒城273512）

【摘要】隨著科技的發展，自動控制系統推動了工業發展。時至今日，大型化工生產對自動控制系統依賴程度達到前所未有的高度。一旦控制系統發生故障將會嚴重影響系統安全。本文通過一次控制系統故障，詳細介紹了事故發生的原因，問題排查的過程以及采取的措施，提高了自動控制系統穩定性。

【關鍵詞】ESD；DCS；自動控制系統

1　引言

某公司德士古水煤漿加壓氣化控制系統采用的DCS（Distributed Control System）為ABB的industrial分散控制系統。該系統采用全局數據庫編程技術以實現全局一體化編程。緊急停車系統ESD（Emergency Shutdown Device）系統為德國HIMA公司的大型PESHS系統。在運行過程中因硬件故障等原因多次發生故障，嚴重時造成全系統停車。下文記錄了一次因DCS于ESD之間通訊中斷造成氣化爐停車的事故經過、處理過程以及所采取的措施。

2　事故經過及故障排查過程

2013年11月29日8時20分A#氣化爐因“氧煤比高高”聯鎖觸發跳車。跳車后DCS流程畫面仍然顯示A#氣化爐系統處于開車運行狀態。儀表值班人員立即對控制系統進行檢查，發現DCS系統和ESD系統之間的通訊出現嚴重的遲滯。在查找通訊遲滯問題過程中，B#氣化爐于11月29日08：25跳車，跳車信息ESD系統SOE記錄為no communication記錄。公司領導和儀表車間相關負責人到現場展開全面檢查，發現DCS和ESD之間的通訊狀態為：A#氣化爐與ESD的數據通訊完全中斷，B#和C#氣化爐與ESD的數據通訊延時時間約為5分鐘（正常時間為5秒左右）。

事故發生后，儀表車間相關負責人對所有硬件和軟件記錄信息仔細檢查和分析，并且采取了以下措施進行問題排查：

1）對DCS系統中的專用通訊控制器AC9進行冗余切換，排查是否是因為主控制器通訊故障，結果顯示兩冗余控制器不存在硬件故障，通訊故障未消除；

2）對所有的通訊接口的端子進行重新壓接、緊固，通訊故障未消除；

3）對AC9控制器進行斷電，重新上電自檢啟動，通訊故障未消除；

4）對AC9程序重新進行了整站下載，故障未消除；

5）對ESD系統每對控制器均進行了掉電后重新上電處理，通訊故障未消除；

6）對ESD系統每對控制器均進行了程序的重新整站下載，通訊故障未消除；

7）因DCS診斷軟件顯示AC9控制器通訊負荷為100%，嚴重超標，因此將AC9控制器下的其他通訊負載（氣化爐表面熱偶通訊、氣化質譜分析儀通訊）全部斷開，只保留ESD系統的通訊，通訊故障未消除；

8）從DCS的AC9控制器至ESD系統重新敷設一根MODBUS電纜，脫開原通訊電纜，對單套系統之間進行獨立通訊，通訊故障未消除；

9）將ESD系統至DCS AC9的通訊接頭更換為新的通訊接口，通訊故障未消除。

10）借鑒兄弟單位處理此問題的經驗，將CPU掉電并拆除CPU電池，徹底清除FLASH存儲，并重新進行程序的整站下載，通訊故障仍然未消除。

11月29日ABB和HIMA的工程師對各自系統進行內部通訊測試，DCS工程師通過MODBUS通訊測試專用軟件對DCS的內部通訊數據進行發送和接收測試，測試表明AC9控制器自身通訊狀態正常；ESD工程師通過MODBUS通訊測試專用軟件對ESD系統每個CPU進行通訊測試時發現：（1）A套ESD系統兩個冗余的CPU上的MODBUS接口通訊故障，無法響應發送和接收數據的請求；（2）B套ESD系統兩個冗余的CPU上的MODBUS接口通訊正常，完全響應發送和接收數據的請求；（3）C套ESD系統兩個冗余的CPU其中一個的MODBUS接口通訊故障，無法響應發送和接收數據的請求；（4）D套ESD系統兩個冗余的CPU上的MODBUS接口通訊正常，完全響應發送和接收數據的請求。隨后，在ESD系統上將MODBUS接口故障的CPU脫開，測試至DCS通訊，通訊恢復正常。經比對測試結果，最終確定此次通訊故障的根本原因為：在ESD至DCS的通訊鏈路中出現了三個故障點，造成了數據通路中涌現出大量故障診斷數據，并重復診斷，這些數據極大地占用了數據通訊通路，引起了數據擁堵，系統之間正常的數據交換變得非常遲滯，出現了通訊等待、延時的情況。

3　事故原因分析

1）ESD系統通訊模塊故障，引起ESD至DCS之間的通訊故障，造成系統之間的數據不能正常傳輸，導致B#氣化爐跳車，引起后系統停車，是發生事故的直接原因。

2）系統停車大修期間未對DCS和ESD系統的通訊狀態和接口、線路、模塊進行檢測，點檢不全面、檢查不徹底，未要求廠家對DCS系統與ESD系統之間的MODBUS通訊模塊及其線路進行測試，僅對自身控制器冗余切換做了相應的測試，是發生事故的又一重要原因。

4　事故教訓與防范措施

1）強化車間責任落實，積極整改儀表缺陷。儀表車間加強日常巡檢的管理，確保及時發現并處理儀控故障，計算機班巡檢人員要對控制室機柜間CPU運行狀態、風扇運行、機柜溫度濕度、IO卡件狀態、UPS輸出狀態等內容進行全面監控。

2）加強隱患排查治理工作力度，確保系統安全穩定運行。利用計劃停車機會將四套ESD至DCS的通訊完全分開，相互之間不再影響、制約。全面排查生產系統存在的問題、缺陷，制定改進措施，提高生產系統的穩定性和可靠性，計劃制定ESD系統單獨配置上位機軟件方案，將ESD系統開、停車所需要顯示的參數、畫面通過ESD專門的軟件繪制出來，并在操作臺獨立顯示、控制。

5　總結

控制系統作為當今大型工業生產的一部分，它的穩定與否直接關系到系統能否安全穩定長周期優化運行。對控制系統的維護保養顯得尤為重要。在日常工作中總結經驗，摸索規律，不放過任何一個異常情況，及時發現異常點并進行有效處理。

【參考文獻】

［1］蘇春等.數字化設計與制造［J］.機械工業出版社，2010第一版.

【作者簡介】

王勇，男，本科，助理工程師，從事空分行業5年，調度工作3年。