分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的故障和原因分析

張利超,任　磊（河南佰利聯(lián)化學(xué)股份有限公司,河南　焦作　454006）

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分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中常見的故障和原因分析

張利超,任磊
（河南佰利聯(lián)化學(xué)股份有限公司,河南焦作454006）

摘 要：在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中，分布式控制系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能、良好的控制方案、精準(zhǔn)的過程控制等一系列優(yōu)勢，在諸多的控制系統(tǒng)中脫穎而出，迅速占據(jù)了各種工業(yè)生產(chǎn)的控制領(lǐng)域。但在應(yīng)用的同時，及時解決出現(xiàn)的各種故障是保證工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行的保障。

關(guān)鍵詞：控制；應(yīng)用；故障；原因

1　發(fā)展歷史

分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）即DCS系統(tǒng)。自八十年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)依靠強(qiáng)大的技術(shù)支持，將現(xiàn)代科技很好的融合在一起，尤其是以通信技術(shù)、智能儀表技術(shù)、控制技術(shù)、分布式技術(shù)、自動化技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)為核心的高科技領(lǐng)域，將工業(yè)儀表快速帶向集成化、多樣化、高性能化、系統(tǒng)化的發(fā)展道路。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著微電子技術(shù)快速發(fā)展，處理器功能有了質(zhì)的飛躍，市場需求不斷擴(kuò)大，隨之產(chǎn)生了新一代的分布式控制系統(tǒng)。新的控制系統(tǒng)除了處理功能非常強(qiáng)大，另外產(chǎn)品的功能也進(jìn)一步豐富，處理單元更加小型化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化；用戶端由之前的人工化轉(zhuǎn)由計算機(jī)內(nèi)部控制的半自動化、自動化，人機(jī)界面更加友好，通信能力大大加強(qiáng)，數(shù)據(jù)管理能力進(jìn)一步完善，可靠性進(jìn)一步提高，系統(tǒng)的可適應(yīng)性和處理模塊數(shù)量的靈活性大大增強(qiáng)。國際上尤其是以西門子公司和霍尼韋爾公司（Honeywell）為代表，面向全球不斷推出先進(jìn)的控制理念和控制方式，目前國內(nèi)主流公司主要有和利時（HollySys）和浙大中控(Supon)兩家。

所以說分布式控制系統(tǒng)就是一套高集成度的信息管理系統(tǒng)。

2　結(jié)構(gòu)組成

DCS系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。

硬件包括：控制器(CPU)、I/O卡件、服務(wù)器、工程師站、操作員站、交換機(jī)、電源、隔離柵、繼電器和內(nèi)部通信總線等硬件組成。

軟件包括：組態(tài)軟件、看門狗等相關(guān)軟件。

3　功能特點(diǎn)

（1）DCS系統(tǒng)具有很高的靈活性與擴(kuò)展性。首先，具有先進(jìn)的過程操作畫面；包括動態(tài)流程畫面、控制回路畫面、總貌畫面、報警畫面、、趨勢記錄畫面等。其次，運(yùn)算功能強(qiáng)大；能同步無擾下裝實(shí)時數(shù)據(jù)、動態(tài)顯示工藝參數(shù)、歷史趨勢、報表打印、數(shù)據(jù)顯示和報警功能，從而實(shí)現(xiàn)對工藝生產(chǎn)全過程的集中監(jiān)視、分散控制和統(tǒng)一管理。再次，DCS 系統(tǒng)的各種模塊能夠支持熱拔插，減少了非故障停機(jī)次數(shù)，同時又可以對智能儀表進(jìn)行在線修改參數(shù) 這些都是常規(guī)儀表所不具備的或需要經(jīng)過復(fù)雜的組合才能實(shí)現(xiàn)的。

（2）可靠性高。DCS系統(tǒng)可分別由多臺計算機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制，各個計算機(jī)之間、與控制站之間都采用網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行實(shí)時通信，互不影響。同時，上層控制站內(nèi)部控制器都采用內(nèi)部冗余結(jié)構(gòu)（包括通信總線，控制卡，分配卡，電源等），來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（3）控制方法豐富。DCS發(fā)展到現(xiàn)在，內(nèi)部控制算法已經(jīng)極大的豐富，包括常用的邏輯運(yùn)算、功能處理模塊、順控模塊，并且可結(jié)合用戶生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行自定義模塊的封裝、下裝、仿真等功能，同時在組態(tài)中可以根據(jù)實(shí)際情況加入串級、自動、手動等特殊的控制算法功能。

（4）可接受來自其他軟件的信號。例如西門子PLC-200，DCS要讀取PLC上的I/O點(diǎn)，就可以加入信號轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，同時以地址的方式進(jìn)行尋址讀取，并進(jìn)行相關(guān)的組態(tài)。

4　常見故障

4.1硬件原因

由于工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，DCS一直保持著運(yùn)行狀態(tài)，其內(nèi)部的硬件，尤其是上層控制單元，特別是電源和I/O模塊長時間處于在線狀態(tài)，老化速度加快。再加上部分運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，粉塵、震動、強(qiáng)腐蝕、高溫度、大濕度等都會加速硬件的老化，從而導(dǎo)致信號輸出失效，比如通道壞死、模塊突然掉電等；但此類故障很局限，不會造成大范圍的影響。

4.2軟件原因

軟件在開始運(yùn)行之后，尤其是調(diào)試階段頻繁的修改下裝和點(diǎn)數(shù)的增加，會使CPU的運(yùn)行負(fù)荷急速上升，可能會出現(xiàn)組態(tài)軟件死機(jī)或者報錯等情況，這時不可避免的。在正常的運(yùn)行后，因為軟件原因出現(xiàn)故障的幾率很低，但也會出現(xiàn)。

4.3其他原因

在系統(tǒng)運(yùn)行中，操作人員的誤操作、廠家培訓(xùn)不到位、維護(hù)人員的責(zé)任心不強(qiáng)、管理上的缺陷等都是影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的因素。

5　解決辦法

（1）加強(qiáng)控制室的管理；保持好控制室的衛(wèi)生，溫度、濕度控制在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，尤其夏季要增開空調(diào)來降溫。非相關(guān)人員未經(jīng)授權(quán)不得隨意操作。系統(tǒng)組態(tài)要進(jìn)行及時更新備份，防止意外的發(fā)生。定期對聯(lián)鎖裝置進(jìn)行測試（必須在切除聯(lián)鎖之后）、報警測試等相關(guān)緊急狀態(tài)的檢查。相關(guān)人員未經(jīng)授權(quán)不得隨意更改和下裝數(shù)據(jù)，避免發(fā)生意外。

（2）DCS系統(tǒng)機(jī)柜要建立良好的接地，機(jī)柜必須安裝鋼制底座。設(shè)備接地和安全地都必須滿足規(guī)范可靠接地，保證接地電阻小于4Ω，同時機(jī)柜室要鋪設(shè)靜電地板，以消除靜電對系統(tǒng)的干擾。機(jī)柜周圍嚴(yán)禁出現(xiàn)強(qiáng)磁場物體，同時信號電纜都必須帶有屏蔽層，并都要和機(jī)柜的接地可靠連接。

（3）定期對相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，加強(qiáng)相關(guān)的學(xué)習(xí)，對發(fā)現(xiàn)的問題及時上報。定期進(jìn)行隱患排查并進(jìn)行記錄，并對出現(xiàn)的問題進(jìn)行統(tǒng)一歸類。對發(fā)生頻率高的問題，要想辦法進(jìn)行改造，避免向嚴(yán)重發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙華杰.DCS系統(tǒng)維護(hù)常見問題分析[J].自動化與儀器儀表,2012. [2]程永紅,秦東亮,李勇.DCS系統(tǒng)故障分析處理及維護(hù)防范措施[J].中國儀器儀表,2011.

[3]王常力.分布式控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].電氣時代,2004.

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.023