DCS“失聰”原因分析

呂世爽

摘 要：本文通過分析DCS系統數據傳輸過程，總結了DCS系統自投運初期調試、正常運行期間消缺維護、后期升級改造所遇到的數據故障問題案例，并對其進行研究分析，總結此類問題處理經驗，提高DCS系統的可靠性。

關鍵詞：火電廠；DCS系統；數據故障

1 前言

大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司，所使用的DCS系統有兩個品牌，新華GE6000、和利時MACS（V、VI）。9年間經歷了DCS新建投運調試、DCS改造升級、DCS換型升級多項DCS系統建設任務。本文主要總結DCS建設以來所經歷的數據故障缺陷，對出現的原因進行探討。

2 DCS系統構成

DCS（Distributed Control System）即分散控制系統，它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。簡單來說DCS系統

就是通過A/D轉換器（信號采集卡）將現場的工藝信號（溫度、壓力、流量、液位等）轉換成數字信號，存儲在主控制器內并通過人機界面（通常為工控機）顯示給操作人員；操作人員還可以通過人機界面向現場設備發送命令，例如開關閥門、調整變頻器轉速等。

DCS系統的站包括工程師站、操作員站、歷史站、現場控制站。工程師站主要用于完成控制算法組態、圖形組態、報表組態。并將通過組態完成的工程文件下傳到系統各站的過程。操作員站可以監視數據，并對數據分析判斷，遠程操作設備運行。歷史站是用于提供歷史數據庫、實時數據庫、報表打印、報警和IO服務的計算機。現場控制站用于信號采集和輸出，對數據轉換運算。

網絡包括系統網和控制網。系統網這一層主要包括操作員站、工程師站、歷史站、交換機等，它通過一個TCP/IP協議的冗余以太網與下層進行通信，將經過處理的現場采集數據顯示給用戶，并將用戶的操作指令傳遞給下層。各個設備（包括OPS，ES，CMS，HIS和打印機等）通過兩個交換機連成網絡。重要設備，例如歷史站、交換機等均冗余配置，以保證系統通訊的可靠性。控制網位于現場控制站內部，連接現場控制站內的各I/O模塊和主控模塊。節點主要有DP主站（主控單元）和DP從站（智能I/O單元）。

3 數據故障的原因

3.1 數據采集（I/O）模塊問題

（1）跳線問題。對于模擬量輸入信號的卡件，需要考慮的是信號有源無源、幾線制。開關量信號則要考慮常開常閉接點問題。

故障現象：電流顯示偏低。

在我廠脫硫機組投運初期，核對漿液循環泵電流時，發現其數值偏低，正常的電流量程上限在100～150之間，而在DCS中需要將數據量程上限提升到550左右才能與就地數據核對成功，而且每次更換就地儀表后量程需要重新核對。由于就地儀表與DCS分屬兩個部門，且在DCS改造初期，對設備熟悉度不夠，這項問題就遺留很久沒有解決。后來利用檢修期間整體檢查時才發現就地儀表發送信號為有源，但實際卡件接線按照無源信號接，重新調整接線后，量程恢復正常的0～100，信號穩定性增強。

（2）參數設定。模塊參數設定決定其以何種方式運行。

故障現象：煙氣溫度指示規律性偏低10℃

在和利時DCS換型改造為新華DCS工程初期，發現脫硫原煙氣溫度1的指示較其他兩點總是偏低10℃，檢查接線、元件沒有任何問題。詢問廠家才知道溫度元件通道參數設置有問題。原有DCS系統溫度模塊參數設置中，是直選4～20mA或0～20Ma，而新華DCS中要在“數據AD值”中輸入參數。這是由于工作方式改變不適引起的。

（3）升級后的模塊版本與DPU版本不匹配。

故障現象：模擬量輸入卡件故障，更換后發現數據仍然無法正常更新。（新華系統）

這是在檢修期間發生的缺陷。檢測發現一模擬量輸入卡件故障，更換新卡件后，畫面無法正常顯示數據。再次檢查接線、電源、網絡全部正常，參數設置無誤，沒有發現其他問題。后來查看模塊的版本，發現其與DPU版本不一致。于是重新升級卡件版本，使其與DPU版本一致，數據正常更新。

3.2 DPU問題

控制站的DPU配置都是采用雙DPU冗余結果，穩定性強。很少出現DPU故障導致DCS數據無法正常更新的情況。一般是單個DPU故障，自動切換備用DPU，控制站運行不受影響。

故障現象：操作員發現畫面部分數據故障，電動執行機構無法操作。

檢查系統網絡結構圖，發現控制站故障報警。控制柜檢查發現A號DPU故障報警燈亮，但是還是處于主控位，B號DPU沒有故障指示，處于副控位。此時強制重啟A號DPU已經無法將主控位切換到B號DPU，直接將A號DPU拔出，B號DPU自動切換為主控，通訊顯示正常，查看畫面數據顯示正常。

3.3 操作員站問題

故障現象：操作員站死機

由于操作員站是24小時運行的，監盤人員需要時刻調用數據曲線對設備運行狀況進行分析、控制。有時就會因為運行趨勢窗口打開太多進入后臺沒有關閉，出現操作員站死機現象。這種情況下一般是重啟操作員站即可解決。但是重啟操作員站前要確認整個DCS網絡運行正常，其他操作員站可以正常運行，排除網絡故障原因后才能對操作員站進行重啟操作。

3.4 網絡問題

DCS網絡設置是雙網冗余配置，A、B網同時運行，不需要相互切換，相互間受干擾度低，因此網絡中斷導致數據故障的概率還是很低的。日常維護經常遇到的情況時插拔網線造成水晶頭接觸不良，導致系統出現單網運行。或是網線布線不合理，導致誤碰網線單網運行。這種情況的出現就需要維護人員定期巡檢，及時發現及時解決。

4 結論

DCS系統在日常維護中遇到的問題有很多，需要維護人員認真學習DCS系統產品說明結合實際情況分析研究總結。同時將這些經驗記錄下來，不斷完善操作手冊，提高自身水平。

參考文獻

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（作者單位：大唐河北發電有限公司馬頭熱電分公司）