淺談DCS系統(tǒng)信號(hào)故障的排查

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(同煤集團(tuán) 建材有限責(zé)任公司，山西 懷仁 038300)

引言

集散控制系統(tǒng)(Distributed Control system，DCS)是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。自20世紀(jì)70年代中期第1套集散控制系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)的故障排查可以分為兩個(gè)大的部分，一是微處理器以外部分的故障排查，二是微處理器PLC的故障排查。PLC作為工業(yè)自動(dòng)化的先進(jìn)控制裝置，具有性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。本文闡述了在實(shí)際工作中DCS系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及解決辦法，就如何利用PLC電控原理及工作狀態(tài)信息對(duì)故障現(xiàn)象綜合分析和邏輯判斷進(jìn)行了探討。

1 線路故障分析及排除

PLC以外線路部分的故障排查，可采用分段分析法與現(xiàn)象分析法相結(jié)合的方式來(lái)判斷是哪部分出現(xiàn)了問(wèn)題。

DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)講可分為開(kāi)關(guān)量控制和模擬量控制，生產(chǎn)過(guò)程中的各種過(guò)程變量通過(guò)分散過(guò)程控制裝置轉(zhuǎn)化為操作事件的數(shù)據(jù)，而各種操作信息也通過(guò)分散過(guò)程控制裝置送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在分散過(guò)程控制裝置內(nèi)進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換。以施耐德公司Modicon旗下的Quantum系統(tǒng)為例，開(kāi)關(guān)量經(jīng)轉(zhuǎn)化以24 V電壓信號(hào)表示，模擬量以4～20 mA的電流信號(hào)表示。圖1為我公司DCS系統(tǒng)配置圖。

首先，子站收集的電信號(hào)經(jīng)過(guò)各個(gè)子站PLC的處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，通過(guò)光纜傳送至中央控制室的操作站上，操作站通過(guò)人機(jī)交互界面得到現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的信息，再通過(guò)操作站發(fā)送操作指令，指令經(jīng)過(guò)PLC子站將數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)控制裝置，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。

圖1 集散控制系統(tǒng)(DCS)配置示意圖

分段分析法可以將子站與操作站之間的部分作為分段1，子站內(nèi)部作為分段2，子站與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間的部分作為分段3。

分段1的功能是對(duì)所有信號(hào)的傳輸。如果出現(xiàn)局部子站信號(hào)全部丟失的現(xiàn)象，則可以判斷為分段1或者各子站電源問(wèn)題。由于組網(wǎng)方式多種多樣，必須根據(jù)不同的組網(wǎng)方式來(lái)判斷，光纖環(huán)網(wǎng)是可靠性比較高的組網(wǎng)方式，任何一段出現(xiàn)斷裂都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)傳輸，而同時(shí)出現(xiàn)斷裂的幾率又十分微小，所以，當(dāng)出現(xiàn)局部子站信號(hào)全部丟失的情況時(shí)，多數(shù)是由于PLC電源故障。UPS作為向PLC提供不間斷電源的設(shè)備，必須保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，必須經(jīng)常檢查，并做好設(shè)備維護(hù)記錄，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題必須及時(shí)解決，這是關(guān)系到設(shè)備能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。如果組網(wǎng)方式為星型網(wǎng)絡(luò)，由于這種組網(wǎng)方式的可靠性比較低，任何一點(diǎn)出現(xiàn)斷裂都會(huì)導(dǎo)致一個(gè)子站的信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題，出現(xiàn)此問(wèn)題時(shí)就必須考慮是否是分段1的問(wèn)題。對(duì)斷裂點(diǎn)必須及時(shí)熔接，或者考慮使用備用線路。

如果出現(xiàn)個(gè)別信號(hào)丟失，可以考慮為分段3的問(wèn)題。例如某電機(jī)的備妥信號(hào)丟失，可以先從分段3輸出端開(kāi)始檢查，用萬(wàn)用表量測(cè)是否有輸出電壓以及輸出電壓是否正常，如果沒(méi)有電壓，則是分段3的問(wèn)題，然后再考慮是否是設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)接觸器失效或者接觸有松動(dòng)造成的，可以對(duì)接觸器進(jìn)行清理，檢查接觸器是否損壞，若有損壞則更換接觸器，若無(wú)損壞則檢查分段3的線路或者接觸器底座；如果分段3輸出端有電壓且電壓正常，則是分段2的問(wèn)題，可以檢查PLC的內(nèi)部通道是否正常。內(nèi)部通道可以通過(guò)短接信號(hào)來(lái)檢查，就是將正常的信號(hào)接到此通道上，看上位機(jī)上的信號(hào)是否顯示正常，如果正常則通道沒(méi)問(wèn)題，如果不正常則考慮通道問(wèn)題。如果是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，則需檢查中間繼電器是否燒壞、繼電器底座是否接觸不良等。如果是模擬量信號(hào)，則檢查信號(hào)隔離器是否正常，可通過(guò)對(duì)比隔離器輸入輸出電流的方法進(jìn)行檢查，若存在微小差別，可以視為操作誤差；若出現(xiàn)大的差別，則隔離器不正常。若隔離器正常，則采取更換正常信號(hào)通道的方式再對(duì)比之前的結(jié)果，如果信號(hào)恢復(fù)正常，則是通道問(wèn)題；若信號(hào)與之前的情況相同，則說(shuō)明通道正常，再考慮其他干擾問(wèn)題。

如果出現(xiàn)某一子站一類信號(hào)丟失，例如開(kāi)關(guān)量信號(hào)全部丟失，則考慮控制電源是否出現(xiàn)問(wèn)題。

2 PLC及主要元器件故障

PLC作為控制器，因其微處理器采用的電路簡(jiǎn)單、邏輯處理迅速等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代自動(dòng)化控制中，特別適合于復(fù)雜的邏輯控制、工業(yè)監(jiān)控、設(shè)備安全保護(hù)等方面。由于它是以弱電信號(hào)工作的電子設(shè)備，因而也就不可避免地存在著適應(yīng)環(huán)境能力差的固有弱點(diǎn)。PLC的優(yōu)點(diǎn)之一是具有高度的可靠性，制造廠家采取了各種措施來(lái)提高可靠性，使機(jī)器的無(wú)故障時(shí)間可達(dá)到4萬(wàn)h～5萬(wàn)h，但無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)并不等于絕對(duì)無(wú)故障，如果使用不當(dāng)或環(huán)境條件惡化，會(huì)增加故障率。這樣對(duì)PLC常見(jiàn)故障現(xiàn)象的綜合分析和邏輯判斷就尤為重要，可對(duì)故障的排除起到至關(guān)重要的作用[1]。

2.1 故障分類和診斷流程

由于PLC種類繁多，各種PLC的故障現(xiàn)象也不盡相同，根據(jù)自己在日常工作中遇到或了解到的PLC故障現(xiàn)象和原因，一般情況下PLC的常見(jiàn)故障主要有：程序不執(zhí)行；CPU死機(jī);輸入輸出單元不工作；程序內(nèi)容發(fā)生改變等。

2.2 故障診斷要點(diǎn)

2.2.1 CPU發(fā)生異常

首先，查看上位機(jī)與CPU的連接是否正常、穩(wěn)定，在排除線路問(wèn)題的情況下，應(yīng)檢查CPU的IP地址是否丟失，若丟失應(yīng)再次設(shè)定IP地址；其次，檢查為CPU提供穩(wěn)定電源的UPS是否發(fā)生異常，輸出電壓是否在正常范圍內(nèi)，是否因長(zhǎng)時(shí)間使用而導(dǎo)致電池電量過(guò)低，或者是使用壽命已到期，為CPU保存內(nèi)部程序的電池是否正常工作，是否還有足夠的電量，CPU是否出現(xiàn)過(guò)斷電現(xiàn)象，若CPU斷電會(huì)導(dǎo)致程序丟失，應(yīng)重新下裝程序；再次，檢查CPU與背板之間是否有松動(dòng)，若有應(yīng)及時(shí)緊固。

2.2.2 程序存儲(chǔ)器故障[2]

程序存儲(chǔ)器異常時(shí)，如果是程序存儲(chǔ)器的問(wèn)題，在重新下裝程序后仍然會(huì)出現(xiàn)類似情況。如果這種情況是由于干擾引起的，則應(yīng)做好隔離防護(hù)措施；若不是因干擾引起的，則應(yīng)更換程序存儲(chǔ)器。

2.2.3 輸入輸出單元不工作

對(duì)于輸入輸出單元故障，基本采用更換輸入輸出單元的方式來(lái)處理。若更換了輸入輸出單元后仍不工作，則考慮是線路及元器件底座或者電源問(wèn)題。

本文僅就DCS系統(tǒng)的一些基本故障進(jìn)行了分析，有些問(wèn)題還有待于更深層次的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙圣國(guó)，萬(wàn)麗.PLC故障診斷與排除方法[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009(6)：137-138.

[2] 張聚才.可編程控制器的故障分析及預(yù)防措施(二)[J].機(jī)床電器，1995(6)：35-39.

作者簡(jiǎn)介：解月林(1969-)，女，山西大同人，工程師，2011年7月畢業(yè)于太原科技大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事DCS系統(tǒng)編程及日常維護(hù)工作。