浙大中控DCS系統故障診斷與維修

王 巖，段全軍

（青島明月海藻集團有限公司，山東青島 266400）

0 引言

隨著國家對藍色海洋發展的推進，新興科技在海洋開發方面逐步廣泛應用，海洋工業生產的自動化程度也是越來越高。作為國內乃至亞洲最大海洋產品生產基地，青島明月海藻集團有限公司在工業自動化開發應用也越來越廣泛，大大提高了生產裝備工作效率和產品質量水平，為特殊場合提供可靠安全保證。因此，在發生故障時如何快速維修對維持企業正常生產顯得非常重要。下面對氫氣輸送控制DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）發生的故障進行分析和排除。

本系統采用1個工程師站（ES）、2個操作員站（OS1/OS2）的模式，故障發生在OS1站:1個機籠，內用2塊XP243主控卡，2塊XP233數據轉發卡，8塊XP313 AI模塊，2塊 XP322 AO模塊，3塊 XP363 DI模塊，2塊XP362 DO模塊及配套的轉接模塊和端子板。

1 故障現象

制氫裝置將產生的氫氣分別儲存于2個中壓罐，經過氫壓機加壓，將氫氣分別儲存于2個高壓罐，最后將高壓氫氣分別加入3個反應釜中。該DCS系統的一個分支就是控制這3臺反應釜的反應過程。2018年5月13日上午9時正常生產過程中，氫氣高壓儲罐（T214B）數值發生突變，卡件指示燈無報警，系統無報警，監測高壓罐的偏壓報警燈沒有動作。在趨勢圖畫面，故障位號（PT214B）顯示如圖1所示，氣罐壓力躍變頻繁且振幅波動較大，導致系統無法正常工作。

圖1 故障現象趨勢

2 故障分析

依據DCS使用手冊，造成這種現象的原因主要有4個:①電磁干擾問題；②壓力變送器、報警燈問題；③模擬量輸入（AI）、數字量輸出（DO）卡件及轉換模塊和端子板問題；④DCS系統問題。

根據先易后難的原則，分析原因可能是系統故障、電氣故障（圖2）。

圖2 故障分析流程

首先對DCS系統進行檢測，包括DCS通信、接地、電磁干擾的檢測。如果沒問題，再進行下一步。對電氣系統進行檢查:依據壓力變送器自身參數，對壓力變送器進行檢測；依據AI、DO卡件性質，對卡件進行檢測；分別對報警燈、轉換模塊和端子板等硬件設施進行檢測。

3 故障診斷

3.1 針對系統故障的診斷

因為OS1其他AI、AO、DI、DO模塊正常，因此，可以排除DCS系統故障、電磁干擾故障及感染木馬病毒。用接地測試儀對DCS接地系統檢測，測得DCS接地阻值為0.92 Ω<1 Ω，接地系統完全符合DCS系統要求。檢查壓力變送器接地體，未發現異常。

3.2 針對電氣故障的診斷

（1）依據壓力變送器參數。測量范圍為0～20 MP，模擬輸出4～20 mA，則壓力變送器特征方程Y=5/4X-5。其中，Y的單位為兆帕；X的單位為毫安。通過萬用表毫安檔測試，發現壓力變送器輸出數據穩定，將毫安值代入方程，經計算壓力值與現場機械壓力表數據吻合，因此可以判定，故障與壓力變送器無關。

（2）DO卡件。根據接線圖及卡件輸出指示燈，CH1燈綠色，可見DO卡件動作正常；將DCS系統停電，將AI卡件取出，更換備用卡件，送電，開機，系統啟動后，模擬量跳變現象消除。

（3）檢查偏壓報警燈不動作。報警燈工作原理是:當位號PT214B測量值高于上限值或低于下限值時，XP362卡件CH1通道動作，驅動報警燈。檢查報警燈，與電源短接后，報警燈動作。然后檢查XP527模塊:置換XP527模塊至其他DO卡件后，輸出正常，可以判定XP527模塊正常，確定故障點在端子板XP562-GPRU。

（4）DO卡件及端子板接線如圖3所示。

圖3 XP562端子板接線

圖3中，卡件和端子板之間通過XP527模塊連接。故障狀態下，用萬用表直流檔測量XP562-GPRU端子板1、2端子，電壓值為DC 24 V。測量外配電電壓為24 V，可見系統電源、輸出電源正常。系統斷電，用萬用表歐姆檔測量6、7端子，通路；測量5、6端子，斷路，未發現問題。將系統送電，在故障狀態下，測量端子板1、2電壓，電壓為24 V；測量5、6端子，電壓為0 V，測量6、7端子，電壓值為DC 24 V，測量繼電器線圈兩端電壓，電壓為0 V。可以斷定，繼電器沒有動作。

可見，故障原因是AI卡件故障以及端子板CH1通道繼電器故障。

4 故障排除

肉眼觀察，可以發現故障AI卡件自身布滿灰塵。佩戴防靜電手環，用氮氣吹掃、清潔卡件，用點檢儀測試，卡件正常，插回卡槽。

更換繼電器，測試外圍設備，確認無誤后上電。斷開輸入、輸出信號，將模擬信號發生器接入PT214B通道，逐步調整輸入信號，T214B信號平穩，無跳變現象，可以斷定AI卡件恢復正常。在偏壓狀態下，測量端子板5、6端子，電壓為24 V，6、7端子電壓為0 V，端點正常。重新接入輸入、輸出信號，系統恢復正常。

5 結束語

（1）DCS系統發生故障，主要有電氣問題、系統問題、通信問題3類原因。發生通信問題時，只要查詢主控卡IP地址、ES、OS的IP地址，通過PING指令，配合網絡結構，可以很容易查找到故障點。本案例中，未發生通信故障，所以不做分析。

（2）電氣故障應結合浙大中控DCS維護手冊及I/O卡件接線圖，深入了解生產工藝要求，列出故障排除流程，逐一排查故障可能原因，最終排除故障。