DCS控制系統常見故障分析

韓芳

關鍵詞：DCS集散控制系統;故障分析;維護管理

1、前言

集散控制系統的核心是微處理器，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協調設計原則的新一代儀表控制系統。它采用控制分散、操作和管理集中的基本設計思想，采用多層分級、合作自治的幾機構形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制，在電力、冶金、石化等各行業都獲得了極其廣泛的應用。DCS系統具有較高的靈活性與擴展性、具有先進的過程操作畫面（動態流程畫面、分組回路畫面、總貌畫面、報警畫面、趨勢畫面、報表畫面等），具有各種控制功能，運算功能，并能實現工藝參數趨勢預測，歷史數據顯示和各種報警功能。從而實現對工藝生產全過程的集中監視、控制和管理。同時DCS系統的各種模塊能夠帶電插拔、更換，這些都是常規儀表所不具備或需要經過復雜的組合才能實現。

2、DCS集散控制系統的故障分析

隨著計算機通信技術日新月異的不斷發展，DCS集散控制系統以其可靠性、現代化和操作的靈活性在現代工業生產系統中得到廣泛應用。但基于日常使用過程中總會出現無法預判的故障，因此總結以下幾點常見故障：

2.1干擾

（1）地環流干擾

在生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構，它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、毫安級的小信號;有幾十伏，甚至數千伏、數百安培的大信號;既有低頻直流信號，也有高頻脈沖信號等等，構成系統后往往發現在儀表和設備之間傳輸相互干擾，造成系統不穩定甚至誤操作.出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外，還有一個十分重要的原因就是各種儀器設備根據要求和目的都需要接地，例如為了安全，機殼需要接大地;為了使電路正常工作，系統要有公共參考點;為了抑制干擾加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地.但是由于儀表和設備之間的參考點之間存在電勢差（也就是各設備的共地點不同）因而形成“地環流”、“接地環路”問題。當環流很大時，會出現很高的共摸噪聲電壓，并通過分布參數耦合到信號線，或直接連接到電平信號線上，將產生很大的串模干擾，甚至損壞接口電路及設備。

（2）人為干擾

電磁干擾產生的根本原因是導體中有電壓或電流的變化。一方面，人們可以利用這一特點實現特定功能，例如，無線通信、雷達或其他功能。還有工廠企業在生產過程中會經常有一些大型的設備（電機、變頻器等）頻繁開關，它們也會造成一些容性、感性的干擾，也將影響儀器儀表正常顯示或采集。凡是有電壓電流突變的場合，肯定會有電磁干擾存在。數字脈電路就是一種典型的干擾源。隨著電子技術的廣泛應用，電磁污染情況會越來越嚴重。

2.2網絡問題

著DCS技術逐步走向標準化和開放性，各自動化廠商90年代中后期開發的DCS系統，在系統網絡上紛紛采用標準以太網和TCP/IP協議，該技術方案雖然能很好地解決網絡通訊上的開放性和網絡設備的標準化問題，降低用戶網絡方面的綜合成本，標準以太網和TCP/IP協議應用于DCS系統網絡，也帶來了以下兩個問題：標準以太網CSMA/CD總線訪問機制，無法解決網絡碰撞引起的確定性實時問題;TCP/IP協議的廣泛應用，無可避免會帶來病毒防范問題，基于標準網絡協議傳播的病毒對DCS系統的安全穩定運行帶來額外壓力。

2.3. 導致DCS系統故障的人為因素

在DCS集中生產控制系統的應用中，整個控制系統受到非標準人員操作的影響（例如，重復的命令功能、不工作的系統負載等），影響整個控制系統的正常運行。

3、DCS集散控制系統的維護管理

3.1解決系統中的干擾

（1）方法一：所有現場設備不接地，使所有過程環路只有一個接地點，不能形成回路，但要注意某些設備要求必須接地才能保證測量精度或人身安全，某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。

（2）方法二：使兩接地點的電勢相同

（3）方法三：在各個過程環節中使用信號隔離器，斷開過程環路，同時 又不影響過程信號的正常傳輸，從而徹底解決地環路的問題。

3.2網絡安全

增加工業級防火墻，黑名單、白名單機制，能有效攔截病毒入侵，確保DCS系統的信息安全，同時禁止插拔USB等移動存儲設備，或者增加U盤管理系統，防止病毒通過其他媒體介質侵入，定期備份系統及軟件，確保系統故障情況下，可以及時恢復。

3.3為DCS集中控制系統的環境創造有利條件

DCS系統的環境應具有較高溫度、濕度、衛生和磁場要求，DCS中央控制室溫度不得超過50℃，這樣就不會因為溫度過高而導致控制器、卡件、計算機損壞;控制室應保持清潔和干燥，以防止因濕度或灰塵導致信號傳輸和接收不良;控制室內的電纜橋架以及機柜底部的電纜孔洞要封堵。同時，必須加強DCS系統周圍的磁場控制，防止控制系統中電磁效應的干擾。

3.4UPS電源防范措施

為DCS控制系統提供雙路供電，一路市電，一路UPS電源。定期用紅外線測溫儀測量關鍵接線端子的溫度，并做好記錄。利用大檢修停機期間做電源切換實驗，確保切換正常，切換時間間隔必須符合技術規范。定期更換UPS電池，確保在市電故障的情況下，立即轉為UPS供電。

3.5接地檢查

每年利用大檢修停車時機，對系統的接地進行全面檢查。儀表及控制系統的接地電阻為電氣專業的低壓配電系統接地裝置的接地電阻，應根據電氣專業有關標準規范確定，一般情況，不應大于4Ω。

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