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　　劉煥發(fā) （1969-）

　　男，山東德州人，中共黨員，高級工程師，上海交通大學(xué)儀器科學(xué)與工程系在讀工程碩士，目前就職于山東華魯恒升化工股份有限公司，主要從事自動化儀表方面的研究、應(yīng)用開發(fā)與優(yōu)化。參與了我國第一套大型國產(chǎn)化氮肥裝置DCS設(shè)計、軟件組態(tài)、調(diào)試與控制優(yōu)化工作，在水煤漿氣化爐自動控制、DCS應(yīng)用維護與優(yōu)化方面有較豐富的經(jīng)驗。

　　摘要：本文介紹了DCS應(yīng)用過程故障分析與處理，以及在設(shè)計、選型、應(yīng)用和維護中的注意事項。

　　關(guān)鍵詞：DCS；控制系統(tǒng)；應(yīng)用經(jīng)驗

　　Abstract: This article introduces fault analysis and management in the DCS application process , and precautions in design, selection, application and maintenance.

　　Key words: DCS; Control-system; Application Experience

　　1  概述

　　隨著DCS系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，生產(chǎn)裝置及操作人員對其依賴性越來越嚴(yán)重。所以系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性問題更加突出。我們希望系統(tǒng)盡量不出現(xiàn)故障或出現(xiàn)故障能盡快查出故障所在，并盡快恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。選擇合適、可靠的DCS系統(tǒng)很重要，但維護管理好系統(tǒng)使之保持安全穩(wěn)定長周期高效運行，降低故障率更顯重要。

　　2  對自己使用的DCS系統(tǒng)安全可靠性要有準(zhǔn)確的判斷，對存在的問題要及時解決。

　　2.1  系統(tǒng)規(guī)模要適中，要考慮到工序之間的參數(shù)關(guān)聯(lián)盡量實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，但不能貪大過于集中。

　　華魯恒升大氮肥國產(chǎn)化DCS系統(tǒng)合計有8800個I/O點，分一二期建設(shè)，原計劃二期投用后二者合二為一，構(gòu)成一套完整的系統(tǒng)。但在實際運行中發(fā)現(xiàn)一二期裝置設(shè)備檢修不同時進行，造成DCS沒有檢修機會。同時整套系統(tǒng)28個操作站，25個控制站，只有1個PLUS站（工程師站），一旦PLUS站故障，對各操作站都有影響。于是在與DCS廠家共同研究并采取硬接線解決部分?jǐn)?shù)據(jù)通訊問題后將系統(tǒng)徹底分為兩個獨立的系統(tǒng)，解決了影響安全穩(wěn)定運行和設(shè)備檢修的問題，可靠性大大增強。

　　2.2  系統(tǒng)要穩(wěn)定運行，外圍條件必不可少。

　　(1) 2007年3月15日，華魯恒升大氮肥一二期DCS系統(tǒng)同時失去對生產(chǎn)裝置控制作用，原因是二者共用的UPS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)因失電而自動關(guān)閉，險些造成重大事故。為解決此問題將一二期DCS系統(tǒng)分別采用不同的UPS電源，并采用雙電源結(jié)構(gòu)，徹底杜絕了事故根源。

　　(2) 2008年10月15日，華魯恒升大氮肥一期DCS與空壓機、氮壓機、膨脹機的通訊同時發(fā)生報警現(xiàn)象，且兩天內(nèi)出現(xiàn)兩次。經(jīng)檢查DCS卡件、接線、機組3500裝置均無異常。經(jīng)現(xiàn)場檢查并詢問操作人員得知出現(xiàn)報警時操作人員在DCS機柜旁使用手機，分析判為因電磁干擾造成通訊報警。后在機柜旁劃定警戒線并嚴(yán)格控制手機、對講機使用，沒再發(fā)生報警現(xiàn)象。

　　(3) DCS操作站、控制柜定期除塵對減少操作站死機和卡件故障非常有效。

　　(4) 現(xiàn)場儀表檢修前對DCS相應(yīng)端子進行拆線處理對DCS卡件和系統(tǒng)保護作用非常明顯。

　　(5) 為系統(tǒng)選用安全柵不僅能起到對現(xiàn)場的隔離和防暴作用，同時對系統(tǒng)也是很好的保護屏障。我們對比同樣在94年投用的同一品牌的兩套系統(tǒng)，使用安全柵的DCS系統(tǒng)卡件故障機率比不用安全柵的系統(tǒng)低40%以上。

　　(6) 系統(tǒng)卡件對腐蝕性氣體非常敏感。在對華魯恒升硫回收崗位DCS故障的分析與總結(jié)中，我們提出采用雙層門窗密封，然后采用正壓通風(fēng)的方式，較好地解決了卡件、交換機、電源模塊損壞頻繁的問題。

　　2.3 系統(tǒng)各主要部件具有一定的壽命周期，應(yīng)在其預(yù)期壽命結(jié)束前及時進行更新?lián)Q代，避免系統(tǒng)出現(xiàn)突然故障引起設(shè)備、工藝事故。

　　(1) 華魯恒升RS-3系統(tǒng)在使用6~ 8年后操作站硬盤和I/O卡件的保險陸續(xù)出現(xiàn)故障。經(jīng)過對操作站進行通用化改造并計劃性更換保險后系統(tǒng)進入又一個相對穩(wěn)定期。

　　(2) 系統(tǒng)使用的電源部件發(fā)熱量較大、繼電器動作頻繁、顯示器、硬盤等屬于壽命周期短容易損壞的部件，應(yīng)準(zhǔn)備備件并定期更換。

　　2.4 系統(tǒng)軟件隨著廠家不斷功能完善和硬件版本的升級也要及時進行升級，確保系統(tǒng)運行更安全更高效。

　　3  DCS系統(tǒng)的維護與管理

　　在日常工作中，加強對系統(tǒng)的維護是防范系統(tǒng)故障發(fā)生提高系統(tǒng)安全可靠性的重要保障。

　　3.1 系統(tǒng)的日常維護是DCS系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行的基礎(chǔ)，主要的維護工作有以下幾點：

　　(1) 完善DCS系統(tǒng)管理制度。

　　(2) 保證空調(diào)設(shè)備穩(wěn)定運行，保證室溫變化小于±5℃/h ，避免由于溫度、濕度急劇變化導(dǎo)致在系統(tǒng)設(shè)備上的凝露。

　　(3) 加強防靜電措施和良好的屏蔽，盡量避免電磁場對系統(tǒng)的干擾。系統(tǒng)正常運行時，室內(nèi)禁止使用電動工具，大功率電氣設(shè)備應(yīng)遠離系統(tǒng)至少20米。如前述的空壓機、氮壓機通訊報警即屬于這類問題。

　　(4) 注意防塵，現(xiàn)場與控制室合理隔離，并定時清掃，保持清潔，防止粉塵對元件運行及散熱產(chǎn)生不良影響。定期清洗系統(tǒng)降溫風(fēng)扇和機柜過濾網(wǎng)。顯示器每半年至少拆檢檢除塵一次，DCS卡件每年至少除塵一次。否則容易造成操作站死機、運行速度慢等故障，情況嚴(yán)重的會造成卡件損壞。

　　(5) 控制室要有安全可靠的接地系統(tǒng)等。接地方面，系統(tǒng)一定要有獨立的接地極，接地電阻小于4歐姆。

　　(6) 嚴(yán)禁使用非正版軟件和安裝與系統(tǒng)無關(guān)的軟件。軟件備份應(yīng)在控制室和之外的地方分別存放。

　　3.2  預(yù)防性維護

　　每年應(yīng)利用大修進行一次預(yù)防性的維護，以掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，消除故障隱患。大修期間對DCS 系統(tǒng)應(yīng)進行徹底的維護，內(nèi)容包括：

　　(1) 系統(tǒng)冗余測試： 對冗余電源、服務(wù)器、控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)進行冗余測試。

　　(2) 操作站、控制站停電檢修。包括計算機內(nèi)部、控制站機籠、電源箱等部件的灰塵清理。

　　(3) 系統(tǒng)供電、接地系統(tǒng)檢修檢查。并對UPS進行供電能力測試和實施放電試驗。對接地極進行接地電阻測試。

　　(4) 對系統(tǒng)卡件進行點檢。

　　3.3  故障性維護

　　對DCS系統(tǒng)故障維護的關(guān)鍵是快速、準(zhǔn)確地判斷出故障點的位置，故障維護中的一些經(jīng)驗總結(jié)如下幾點：

　　（1）DCS系統(tǒng)往往具有豐富的自診斷功能。根據(jù)報警，可以直接找到故障點，并且還可通過報警的消除來驗證維修結(jié)果。2008年，華魯恒升DCS維護人員巡檢發(fā)現(xiàn)DeltaV系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間斷報警，經(jīng)過對網(wǎng)絡(luò)檢查并在線替換部件后判斷為凈化機柜室內(nèi)光電轉(zhuǎn)換器工作不穩(wěn)定。

　　（2）對于系統(tǒng)硬件故障報警一定要讓操作人員清楚報警含義，他們是報警的第一發(fā)現(xiàn)者。將報警信息及時通知DCS維護人員能有效降低故障對生產(chǎn)的影響。

　　4  DCS系統(tǒng)故障診斷與處理

　　DCS系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，用最短時間準(zhǔn)確分析和診斷故障發(fā)生的部位和原因是當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)我們的經(jīng)驗，系統(tǒng)故障處理應(yīng)注意以下幾個方面：

　　(1) 首先檢查是否為操作人員、維修人員誤操作引起的故障。如：因退出操作權(quán)限而不能操作，手動調(diào)節(jié)時鍵盤輸入數(shù)據(jù)錯誤，聯(lián)鎖切換不當(dāng)，回路檢修造成短路或接地，等等。

　　(2) 利用DCS系統(tǒng)的自診斷測試功能和硬件故障指示燈來確認(rèn)故障原因和故障所在。分清是儀表故障還是DCS系統(tǒng)故障，若是DCS系統(tǒng)故障，進一步判斷出是硬件故障還是軟件故障。

　　(3) 進行DCS卡件更換時一定要確認(rèn)能否在線更換，冗余卡件切換對工作是否有影響。2007年，華魯恒升大氮肥系統(tǒng)在更換冗余電源卡時出現(xiàn)控制器不工作現(xiàn)象，原因是主電源卡輸出電壓低，冗余電源卡拔掉后，控制器因主電源卡電壓低而不工作。

　　(4) 進行軟件故障處理并需要下裝時，要確認(rèn)系統(tǒng)是否允許在線下裝。比較可靠的方法是進行增量下裝，同時將下裝可能影響的參數(shù)和閥門強制手動，可以有效避免對設(shè)備運行的影響。

　　(5) 系統(tǒng)故障一定要查清原因，否則可能會造成替換上的卡件或模塊會再次損壞。

　　(6) 根據(jù)我們的經(jīng)驗，系統(tǒng)軟件下裝、停送電操作執(zhí)行唱票、復(fù)誦制度對杜絕誤操作，提高檢修過程的安全可靠性，具有非常明顯的作用。

　　5  結(jié)束語

　　總之，選用了一套好的DCS系統(tǒng)很重要，但正確使用并維護好它更重要，應(yīng)加強對系統(tǒng)的管理與維護。同時加強對維護及操作人員的系統(tǒng)培訓(xùn)工作，減少人為因素對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)安全可靠性。在此基礎(chǔ)上我們才能進一步開發(fā)利用。

　　參考文獻

　　[1] 王常力，廖道文. 集散控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社.