浙大中控DCS 系統(tǒng)故障診斷與維修

王 巖，段全軍

（青島明月海藻集團(tuán)有限公司，山東青島 266400）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)藍(lán)色海洋發(fā)展的推進(jìn)，新興科技在海洋開(kāi)發(fā)方面逐步廣泛應(yīng)用，海洋工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度也是越來(lái)越高。作為國(guó)內(nèi)乃至亞洲最大海洋產(chǎn)品生產(chǎn)基地，青島明月海藻集團(tuán)有限公司在工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)發(fā)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，大大提高了生產(chǎn)裝備工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平，為特殊場(chǎng)合提供可靠安全保證。因此，在發(fā)生故障時(shí)如何快速維修對(duì)維持企業(yè)正常生產(chǎn)顯得非常重要。下面對(duì)氫氣輸送控制DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）發(fā)生的故障進(jìn)行分析和排除。

本系統(tǒng)采用1 個(gè)工程師站（ES）、2 個(gè)操作員站（OS1/OS2）的模式，故障發(fā)生在OS1 站：1 個(gè)機(jī)籠，內(nèi)用2 塊XP243 主控卡，2 塊XP233 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，8 塊XP313AI模塊，2 塊XP322 AO模塊，3 塊XP363 DI 模塊，2 塊XP362 DO 模塊及配套的轉(zhuǎn)接模塊和端子板。

1 故障現(xiàn)象

制氫裝置將產(chǎn)生的氫氣分別儲(chǔ)存于2 個(gè)中壓罐，經(jīng)過(guò)氫壓機(jī)加壓，將氫氣分別儲(chǔ)存于2 個(gè)高壓罐，最后將高壓氫氣分別加入3 個(gè)反應(yīng)釜中。該DCS 系統(tǒng)的一個(gè)分支就是控制這3 臺(tái)反應(yīng)釜的反應(yīng)過(guò)程。2018 年5 月13 日上午9 時(shí)正常生產(chǎn)過(guò)程中，氫氣高壓儲(chǔ)罐（T214B）數(shù)值發(fā)生突變，卡件指示燈無(wú)報(bào)警，系統(tǒng)無(wú)報(bào)警，監(jiān)測(cè)高壓罐的偏壓報(bào)警燈沒(méi)有動(dòng)作。在趨勢(shì)圖畫(huà)面，故障位號(hào)（PT214B）顯示如圖1 所示，氣罐壓力躍變頻繁且振幅波動(dòng)較大，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

圖1 故障現(xiàn)象趨勢(shì)

2 故障分析

依據(jù)DCS 使用手冊(cè)，造成這種現(xiàn)象的原因主要有4 個(gè)：①電磁干擾問(wèn)題；②壓力變送器、報(bào)警燈問(wèn)題；③模擬量輸入（AI）、數(shù)字量輸出（DO）卡件及轉(zhuǎn)換模塊和端子板問(wèn)題；④DCS系統(tǒng)問(wèn)題。

根據(jù)先易后難的原則，分析原因可能是系統(tǒng)故障、電氣故障（圖2）。

圖2 故障分析流程

首先對(duì)DCS 系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，包括DCS 通信、接地、電磁干擾的檢測(cè)。如果沒(méi)問(wèn)題，再進(jìn)行下一步。對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查：依據(jù)壓力變送器自身參數(shù)，對(duì)壓力變送器進(jìn)行檢測(cè)；依據(jù)AI、DO卡件性質(zhì)，對(duì)卡件進(jìn)行檢測(cè)；分別對(duì)報(bào)警燈、轉(zhuǎn)換模塊和端子板等硬件設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)。

3 故障診斷

3.1 針對(duì)系統(tǒng)故障的診斷

因?yàn)镺S1 其他AI、AO、DI、DO 模塊正常，因此，可以排除DCS 系統(tǒng)故障、電磁干擾故障及感染木馬病毒。用接地測(cè)試儀對(duì)DCS 接地系統(tǒng)檢測(cè)，測(cè)得DCS 接地阻值為0.92 Ω<1 Ω，接地系統(tǒng)完全符合DCS 系統(tǒng)要求。檢查壓力變送器接地體，未發(fā)現(xiàn)異常。

3.2 針對(duì)電氣故障的診斷

（1）依據(jù)壓力變送器參數(shù)。測(cè)量范圍為0～20 MP，模擬輸出4～20 mA，則壓力變送器特征方程Y=5/4X-5。其中，Y 的單位為兆帕；X 的單位為毫安。通過(guò)萬(wàn)用表毫安檔測(cè)試，發(fā)現(xiàn)壓力變送器輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定，將毫安值代入方程，經(jīng)計(jì)算壓力值與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械壓力表數(shù)據(jù)吻合，因此可以判定，故障與壓力變送器無(wú)關(guān)。

（2）DO 卡件。根據(jù)接線圖及卡件輸出指示燈，CH1 燈綠色，可見(jiàn)DO 卡件動(dòng)作正常；將DCS 系統(tǒng)停電，將AI 卡件取出，更換備用卡件，送電，開(kāi)機(jī)，系統(tǒng)啟動(dòng)后，模擬量跳變現(xiàn)象消除。

（3）檢查偏壓報(bào)警燈不動(dòng)作。報(bào)警燈工作原理是：當(dāng)位號(hào)PT214B 測(cè)量值高于上限值或低于下限值時(shí)，XP362 卡件CH1通道動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈。檢查報(bào)警燈，與電源短接后，報(bào)警燈動(dòng)作。然后檢查XP527 模塊：置換XP527 模塊至其他DO 卡件后，輸出正常，可以判定XP527 模塊正常，確定故障點(diǎn)在端子板X(qián)P562-GPRU。

（4）DO 卡件及端子板接線如圖3 所示。

圖3 XP562 端子板接線

圖3 中，卡件和端子板之間通過(guò)XP527 模塊連接。故障狀態(tài)下，用萬(wàn)用表直流檔測(cè)量XP562-GPRU 端子板1、2 端子，電壓值為DC 24 V。測(cè)量外配電電壓為24 V，可見(jiàn)系統(tǒng)電源、輸出電源正常。系統(tǒng)斷電，用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量6、7 端子，通路；測(cè)量5、6 端子，斷路，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。將系統(tǒng)送電，在故障狀態(tài)下，測(cè)量端子板1、2 電壓，電壓為24 V；測(cè)量5、6 端子，電壓為0 V，測(cè)量6、7 端子，電壓值為DC 24 V，測(cè)量繼電器線圈兩端電壓，電壓為0 V?？梢詳喽ǎ^電器沒(méi)有動(dòng)作。

可見(jiàn)，故障原因是AI 卡件故障以及端子板CH1 通道繼電器故障。

4 故障排除

肉眼觀察，可以發(fā)現(xiàn)故障AI 卡件自身布滿灰塵。佩戴防靜電手環(huán)，用氮?dú)獯祾摺⑶鍧嵖?，用點(diǎn)檢儀測(cè)試，卡件正常，插回卡槽。

更換繼電器，測(cè)試外圍設(shè)備，確認(rèn)無(wú)誤后上電。斷開(kāi)輸入、輸出信號(hào)，將模擬信號(hào)發(fā)生器接入PT214B 通道，逐步調(diào)整輸入信號(hào)，T214B 信號(hào)平穩(wěn)，無(wú)跳變現(xiàn)象，可以斷定AI 卡件恢復(fù)正常。在偏壓狀態(tài)下，測(cè)量端子板5、6 端子，電壓為24 V，6、7端子電壓為0 V，端點(diǎn)正常。重新接入輸入、輸出信號(hào)，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）DCS 系統(tǒng)發(fā)生故障，主要有電氣問(wèn)題、系統(tǒng)問(wèn)題、通信問(wèn)題3 類(lèi)原因。發(fā)生通信問(wèn)題時(shí)，只要查詢(xún)主控卡IP 地址、ES、OS的IP 地址，通過(guò)PING 指令，配合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以很容易查找到故障點(diǎn)。本案例中，未發(fā)生通信故障，所以不做分析。

（2）電氣故障應(yīng)結(jié)合浙大中控DCS 維護(hù)手冊(cè)及I/O 卡件接線圖，深入了解生產(chǎn)工藝要求，列出故障排除流程，逐一排查故障可能原因，最終排除故障。