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DCS控制系統中常見故障分析及處理

點擊:21475  添加時間:2017-07-25 10:56:00

  摘要:隨著化工行業的不斷發展,對工業自控系統計算機的要求業越來越高,只有功能強,可靠性高,有更好的適應惡劣環境的能力,靈敏行高的高精密的自控系統才能更好的保證和提高化工行業的產量和質量.真正實現無人職守。目前,分散控制系統(DCS)以先進的技術、豐富的控制功能、可靠的工作性能等優勢,占據了大、中型化工生產企業及石化行業的主控領域。以下對DCS控制系統中常見的故障的處理辦法做介紹,供大家參考論證。
  關鍵詞:分散控制系統 主控 領域 
一、引言
   20世紀70年代中期,以計算機技術、控制技術、通信技術、圖形顯示技術(既4C技術)相結合發展起來的新型過程控制系統—DCS系統(Distributed Control System,分散控制系統),由于采用“管理集中、控制分散”的設計方法,也稱為集散控制系統,它徹底避免了集中控制系統中因中心計算機故障而導致整個過程控制系統癱瘓的現象,將危險分散,系統各部分的故障不影響其他部分的正常工作,因而具有更高的安全可靠性,可分布于較大地域,能進行大型生產過程的實時控制,模擬量數據處理功能和運算功能強,能勝任大型和控制狀況復雜的過程控制系統,而且還可以實現在線優化、實時調度、統計管理等功能。已廣泛應用于石化、電力、冶金等大型工業領域。隨著工業發展的需求,合成、煤造氣在很多重要參數和控制手段上都有了很大的提高。作為造氣的靈魂分散式控制系統(簡稱DCS系統)實現了過程控制、過程管理的現代化。在這種情況下,如果DCS系統出現異常,將會使系統失控,出現不可預知的事故,甚至導致火災、爆炸等事故,給企業帶來嚴重損失。
二、DCS系統概述
(一)DCS系統產生和發展
  1975年至80年代前期為第一代產品。1975 年美國最大的儀表控制公司霍尼韋爾首次向世界推出了它的綜合分散控制系統TDC—2000 (Total Distributed Control -2000) , 這一系統的發表, 立即引起美國工業控制界高度評價, 稱之為“最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效, 推出了一個又一個集散系統, 從此過程控制進入了集散系統的新時期。
   80年代中期至90年代前期為第二代產品。隨著計算機的發展與網絡開發使各控制廠商更多地采用商業計算機的技術, 80年代末許多公司推出新一代的集散系統, 其主要特征是新系統的局部網絡采用MA P 協議; 引用智能變送器與現場總線結構; 在控制軟件上引入PLC 的順序控制與批量控制,使DCS 也具有PLC 的功能。
   90年代中期至21世紀初為第三代產品。至90 年代初各國知名的DCS 有: Bailey 的IN F I—90, Rosemount 的RS—3, WestHoose 的WDPF, Leeds & Nonthrup 的MAX—1000,日本橫河的CEN TUM。這里所提到的均為大型的DCS, 為了適應市場的需要各廠商也開發了不少中小型的DCS 系統如S—9000,MAX—2, LXL ,A 2 PACS 等等。
  目前DCS發展到第四代。第四代DCS的最主要標志是:Information(信息化)和Integration(集成化)。因此,與其說第四代DCS是一套綜合的控制系統,更不如說它是一套集成化的綜合信息系統。
(二)DCS系統特點
  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。趨勢記錄畫面等), 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的或需要經過復雜的組合才能實現。
三、DCS控制系統故障分類
(一)硬件故障
  這類故障是指過程控制層的故障,主要是DCS系統中的模塊,特別是I/O模塊損壞造成的故障,其次是DCS接地不牢靠,導致卡件損壞。這類故障一般比較明顯且影響也是局部的,比如:參數顯示沒有變化,排除現場儀表故障可能后仍不能操作執行機構和電動門等。它們主要是由于使用不當或使用時間較長,模塊內元件老化所致。如果模塊周圍的環境灰塵超標、溫度高、濕度大將會大大縮短模塊的使用壽命,因此鑒于DCS系統對溫度、濕度、清潔度的嚴格要求。在安裝前,操作室尤其是過程控制室的土建、安裝、電氣、裝修工程必須完工,如在夏季,空調要及時啟用。另外,尤其在管道夾層上過程控制室,其盤柜的電纜孔洞一定要封堵好,否則,一旦管道漏汽竄入盤柜,即有可能造成重大故障。
(二)軟件故障
  這一類故障是軟件本身的錯誤引起的。一般出現在DCS系統投運調試階段,因為應用軟件程序復雜,工作量大,所以應用軟件錯誤難以避免,這就要求在DCS調試試運階段組態人員和運行人員應十分認真,及時發現并配合DCS系統調試人員解決問題,此類故障在DCS系統正常運行后很少見。第二類故障就是在系統正常運行時需增加控制點,在線修改程序導致系統出錯或者死機,這就要求DCS編程組態人員對系統非常熟悉,預先做好控制方案,再進行實施,實施前必須做好程序備份,避免錯誤發生時,可及時挽救不必要的損失。
(三)人為故障
  失誤原因多種多樣,有維護人員操作錯誤、專業水平欠佳、監護不到位、沒有進行事故預想、管理有漏洞等原因。在實際運行操作中,有時會出現DCS系統某功能不能使用,但實際上DCS系統并沒問題,而是操作人員操作不熟練或操作人員錯誤操作引起的。因此DCS系統供貨廠家應及時向運行人員提供DCS操作手冊,初次使用DCS系統的操作工要經過培訓后才能上崗操作。
(四)儀表人員工藝流程不熟造成的故障
  此種現象在各廠中普遍存在,操作員對儀表人員依賴性過大,而儀表人員平時不能進入控制室的規定實際上也制約了儀表人員對DCS的深入了解,另外由于儀表人員長時間的不接觸DCS系統造成缺陷出現時不能及時準確的處理。筆者遇到過這樣一種情況,一個串級均勻控制(形式上和普通串級控制一樣)被操作員當作普通串級控制來設置PID參數,結果可想而知,怎么也控制不好。如果操作員能與儀表技術人員密切配合,相信儀表技術人員能分清串級均勻控制和普通串級控制的區別,從而給予操作員在參數調整方向上的指導。因此,現在儀表人員平時不能進入控制室的規定利弊兼有,如果能讓部分儀表人員參與到操作員的日常工作,將會對操作員和儀表人員的綜合業務素質的增長大有好處。
四、DCS系統故障防范措施
(一)DCS系統運行與管理
  1.DCS系統的運行管理是指計算機系統日常點檢,各種軟件管理,備件管理,文件歸檔管理等;加強軟件管理,組態的修改必須按有關規定執行,同時必須及時備份修改前后的所有組態信息,存檔備查;當DCS裝置發生故障,需用備件更換時,使用前必須對備件進行功能測試,以防患于未然。
  2.DCS系統檢修管理是DCS系統檢修時必須要有合理的檢修工藝和程序,應重視DCS系統檢修項目和周期,檢修項目依據DCS系統設備特點,隨工藝設備大修至少進行以下項目的檢修:軟件的備份,核實控制模件標志和地址;清掃電源、模件及防塵濾網,檢查及緊固控制柜接線,接地系統檢查,冷卻風扇檢修,電源測試;重要測量和保護信號線路絕緣檢查;控制室溫度、濕度及含塵量檢修前測試;對UPS供電設備進行清掃,對操作站進行清掃,通訊進行檢查等。
(二)UPS電源防范措施
  定期用紅外線測溫儀測量關鍵接線端子的溫度,做好技術檔案記錄,注意溫升;用萬用表測量主電源與備用電源電壓,做好記錄,注意電壓波動;利用大、小修停機期間做電源切換試驗。切換是否正常,切換時間間隔是否符合技術規范;電廠是一個高電壓、大電流、強磁場干擾的環境,必須進行計算機接地系統的檢查。
(三)DCS系統抗干擾措施
  在中央控制室四周墻壁粉刷之前,先釘上一層鋼絲網,再與電氣保護PE接地系統相連。可以有效的防止高壓輸電線距離產生的強電磁場干擾。或者高壓輸電線改為埋地溝敷設,也可以解決高壓工頻強電磁場對DCS干擾的危害。中控室建筑整體結構上是鋼筋混凝上梁柱頂面澆筑及磚砌墻。對DCS也具有良好的抗干擾作用。地面是水磨石上加500mm高立柱架空的抗靜電活動地板。防靜電接地與PE系統相連。另外,各機柜的型鋼基礎底座也與PE相連。采用上述措施從總體環境上對DCS的抗干擾性能起了重要的作用。
  從現場儀表至中控室DCS的儀表電纜,主要采用鋼帶鎧裝阻燃型對絞總屏蔽或分屏蔽計算機電纜。這樣對儀表電纜的抗干擾性實行雙重保護:外鋼帶鎧裝層及中間接線箱外殼與就地電氣接地站相連,可直接對外界起抗強電磁干擾的作用;內層銅絲編織層全部匯集到中控室IE接地母排上接地,起到了抗電場干擾的保護作用。
(四)DCS系統防病毒措施
  首先確保DCS系統前期設計階段,盡量形成局部獨立的控制網絡,如果有MIS系統的接入要求,可在接入公司局域網的DCS系統上安裝企業版殺毒軟件和防火墻軟件客戶端,確保DCS系統的信息安全,同時禁止插拔USB等移動存儲設備,防止病毒通過其他媒體介質傾入。
(五)聯鎖切投管理制度
  工業生產都是一種連續性生產,聯鎖的安全可靠性,直接影響生產和設備的安全穩定運行周期。因此所有涉及人、設備安全的聯鎖切除與投用都必須有相關的制度和程序去約束操作人員的行為,只有通過工藝、設備、電氣、儀表DCS四方面共同認可的切除條件進行切投操作,才能有效防止設備誤動作停車,長周期穩定運行。

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