水泥生產線DCS控制系統通訊模塊損壞故障分析及應對辦法

張 林

（焦作千業水泥有限責任公司， 河南 焦作 454000）

我公司擁有兩條5000t/d熟料生產線，月生產能力30萬t。電氣控制系統一直比較穩定，但近期出現一次故障，卻給生產造成了極大影響。故障現場如下：

原料磨系統正在運行，突然中控室原料磨系統和現場通訊中斷，所有設備的運行情況中控室監控不到，包括模擬量信號。中控操作員指揮現場崗位人員查看現場。崗位人員發現收塵器停止工作現場冒灰嚴重。立磨主電機、循環風機、窯尾排風機和高溫風機電機正常運轉（這四臺電機為10KV高壓電機）。除了照明系統正常外，其余低壓設備停止運轉。現場馬上啟動緊急應急預案，把未停設備手動進行分閘操作。因為事發突然，人員沒有經驗，等崗位人員把這四臺高壓電機停下來時已經距離事故發生15分鐘時間。

此次事故發生的結果：

1、立磨在空磨的情況下運轉 10分鐘（因為低壓設備停止運行，沒有物料進磨），磨盤在磨輥的擠壓下產生裂紋。

2、立磨主電機、循環風機電機、窯尾排風機電機和高溫風機電機（都為軸瓦式電機，采用外部油站潤滑）在電機油站停止工作的情況下運行十五分鐘，其中兩臺電機軸瓦損壞。

3、幾臺風機因為緊急停機，造成窯頭門上的高溫看火鏡頭燒壞。

分析故障現象：

1、所有低壓設備全部停止運轉，包括電機油站。

2、所有高壓設備全部正常運行。包括高壓電機和變壓器。

3、故障發生時，設備失控，低壓設備啟動不了，高壓設備停不下來。

故障現象很具有特點，凡是低壓設備全部跳停，但是給低壓設備供電的變壓器都正常，并且低壓設備無法重新啟動。而高壓設備雖然正常運轉，但是無法停機。需要弄清楚故障點，下面就要先從電氣控制的基本原理出發。

我公司電氣控制基本情況:

我公司生產線整體設計是南京水泥工業設計研究院。電氣 DCS控制系統為ABB的800F，DCS=DistributedControlSystem，DCS是分散控制系統的簡稱，國內一般習慣稱為集散控制系統。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（Computer）、通信（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）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、組態方便。

DCS系統的結構下圖所示：

上層控制有工程師站和操作員站組成，中間通過通訊模塊實現和現場站進行數據通訊，而站與站之間也有通訊模塊并且形成環路，這樣就算站與站之間一個通訊模塊壞掉，整個系統還會通過另一條通路正常工作。而通訊模塊其實由三個模塊組成，一個是EI813F，它的作用是負責站與站之間的數據通訊，它是最上層的通訊模塊。另一個是CI801模塊，它的作用是和本站內的DI、DO、AI、AO模塊通訊，CI801模塊是最下層的通訊模塊。最后一個是FI830F模塊，它位于EI813F和 CI801中間，它的主要作用是實現操作員站與現場站的數據交換，起到承上啟下的作用，從而實現集中控制。平時操作員發出的任何指令，包括上行和下行指令，如：設備的開停、閥門的開度、溫度和壓力的反饋等等都是通過此模塊來實現。如低壓柜控制為電保持，原理如下圖：

低壓設備控制電壓為AC220V

開低壓設備時：操作員電腦發出開指令，信號經 CI801通訊模塊傳給開關量輸出模塊DO801, DO801輸出24V+信號并保持，中間繼電器-K得電，-K常開點閉合，因此設備接觸器-KM吸合，設備得電正常運轉。

關低壓設備時：操作員電腦發出關指令，信號經 CI801通訊模塊傳給開關量輸出模塊DO801, DO801停止輸出24V+信號，中間繼電器-K失電，-K常開點斷開，因此設備接觸器-KM斷開，設備斷電停止運轉。低壓設備只通過-K繼電器的吸合和斷開來控制設備開停，如下圖所示：

高壓電機開停則不同，高壓電機控制電壓為DC220V，高壓斷路器為機械保持，有合閘和分閘兩個線圈，并且都為短驅動，不需要電保持。

開機時：開驅動繼電器K閉合一下，K繼電器開點閉合一下，直流電KM+電壓進入107#線合閘開機，

停機時：關驅動繼電器-K閉合一下，-K繼電器開點閉合一下，直流電KM+電壓進入137#線分閘關機，控制原理簡圖如下：

下面我們就來分析這兩次故障的原因：這兩次故障其實都是因為本站的FI830F通訊模塊損壞造成的。當FI830F模塊出現故障時，現場所有的信號都無法傳輸到中控，中控的操作指令也無法傳輸的現場，并且現場站里所有的DO信號沒有輸出，所以低壓接觸器線圈不吸合，低壓設備全部跳停。因為上面介紹的高壓設備和低壓設備控制原理的不同，所以高壓設備正常運轉，停不了。這才出現了開頭講的事故。

現階段，DCS集散控制系統在水泥生產線廣泛使用。DCS系統能夠實現一個操作員一臺電腦就能控制生產線所有設備的啟動停止、閥門開度、轉速大小。其優點有目共睹，比如：可靠性高、靈活性、易于維護。但在高智能化控制下，一旦DCS出故障，設備將會失控，將會給生產造成不可想象的損失。所以今天我在這里要分析的是我公司因DCS通訊模塊故障而設備失控的案例，并提出以下解決辦法。

此故障的現象：高壓設備運轉不能停止、低壓設備跳停不能開機，所有設備失控。

最后要達到的處理效果：為保證設備安全，當故障發生時讓高壓設備也同時跳停。

解決思路：針對故障發生時高壓設備運轉，油站等低壓設備跳停現象，在電機油站和高壓電機之間加硬連鎖，強制把高壓設備分閘。

解決辦法：

在油站中把兩臺油泵（一用一備）接觸器KM1、KM2的常開觸點并聯，并控制新加的中間繼電器KA6線圈，當油站中任意一臺開啟，KA6便吸合，只有兩臺泵都停時，KA6繼電器失電，如圖：

然后把KA6的常閉觸點接入到高壓柜中的跳閘線圈中，即：KA6常閉觸點一端接高壓柜+220V，另一端接跳閘線圈 137#。所以當油泵都停止時，KA6失電，常閉觸點閉合，高壓柜的DC220+通過常閉觸點接入到高壓柜的跳閘線圈中，實現跳閘操作。

經過改造，可以實現高壓電機與油站硬連鎖，無論是因為DCS通訊模塊故障，或者是低壓設備跳停，都會強制讓所對應的高壓設備連鎖跳停，避免大的安全事故的發生。從此事故可以看出，電氣設備在軟件方面如果出現故障，會導致非常嚴重的后果。此項改造已經應用到全公司的高壓設備上。