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　　劉煥發 （1969-）

　　男，山東德州人，中共黨員，高級工程師，上海交通大學儀器科學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、應用開發與優化。參與了我國第一套大型國產化氮肥裝置DCS設計、軟件組態、調試與控制優化工作，在水煤漿氣化爐自動控制、DCS應用維護與優化方面有較豐富的經驗。

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

　　關鍵詞：DCS；控制系統；應用經驗

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

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

　　2.1  系統規模要適中，要考慮到工序之間的參數關聯盡量實現數據共享，但不能貪大過于集中。

　　華魯恒升大氮肥國產化DCS系統合計有8800個I/O點，分一二期建設，原計劃二期投用后二者合二為一，構成一套完整的系統。但在實際運行中發現一二期裝置設備檢修不同時進行，造成DCS沒有檢修機會。同時整套系統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數據通訊問題后將系統徹底分為兩個獨立的系統，解決了影響安全穩定運行和設備檢修的問題，可靠性大大增強。

　　2.2  系統要穩定運行，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系統同時失去對生產裝置控制作用，原因是二者共用的UPS系統出現故障，系統因失電而自動關閉，險些造成重大事故。為解決此問題將一二期DCS系統分別采用不同的UPS電源，并采用雙電源結構，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生報警現象，且兩天內出現兩次。經檢查DCS卡件、接線、機組3500裝置均無異常。經現場檢查并詢問操作人員得知出現報警時操作人員在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格控制手機、對講機使用，沒再發生報警現象。

　　(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) 現場儀表檢修前對DCS相應端子進行拆線處理對DCS卡件和系統保護作用非常明顯。

　　(5) 為系統選用安全柵不僅能起到對現場的隔離和防暴作用，同時對系統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，使用安全柵的DCS系統卡件故障機率比不用安全柵的系統低40%以上。

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

　　2.3 系統各主要部件具有一定的壽命周期，應在其預期壽命結束前及時進行更新換代，避免系統出現突然故障引起設備、工藝事故。

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

　　(2) 系統使用的電源部件發熱量較大、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，應準備備件并定期更換。

　　2.4 系統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，確保系統運行更安全更高效。

　　3  DCS系統的維護與管理

　　在日常工作中，加強對系統的維護是防范系統故障發生提高系統安全可靠性的重要保障。

　　3.1 系統的日常維護是DCS系統穩定高效運行的基礎，主要的維護工作有以下幾點：

　　(1) 完善DCS系統管理制度。

　　(2) 保證空調設備穩定運行，保證室溫變化小于±5℃/h ，避免由于溫度、濕度急劇變化導致在系統設備上的凝露。

　　(3) 加強防靜電措施和良好的屏蔽，盡量避免電磁場對系統的干擾。系統正常運行時，室內禁止使用電動工具，大功率電氣設備應遠離系統至少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生不良影響。定期清洗系統降溫風扇和機柜過濾網。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，情況嚴重的會造成卡件損壞。

　　(5) 控制室要有安全可靠的接地系統等。接地方面，系統一定要有獨立的接地極，接地電阻小于4歐姆。

　　(6) 嚴禁使用非正版軟件和安裝與系統無關的軟件。軟件備份應在控制室和之外的地方分別存放。

　　3.2  預防性維護

　　每年應利用大修進行一次預防性的維護，以掌握系統運行狀態，消除故障隱患。大修期間對DCS 系統應進行徹底的維護，內容包括：

　　(1) 系統冗余測試： 對冗余電源、服務器、控制器、通訊網絡進行冗余測試。

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

　　(3) 系統供電、接地系統檢修檢查。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) 對系統卡件進行點檢。

　　3.3  故障性維護

　　對DCS系統故障維護的關鍵是快速、準確地判斷出故障點的位置，故障維護中的一些經驗總結如下幾點：

　　（1）DCS系統往往具有豐富的自診斷功能。根據報警，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果。2008年，華魯恒升DCS維護人員巡檢發現DeltaV系統網絡間斷報警，經過對網絡檢查并在線替換部件后判斷為凈化機柜室內光電轉換器工作不穩定。

　　（2）對于系統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現者。將報警信息及時通知DCS維護人員能有效降低故障對生產的影響。

　　4  DCS系統故障診斷與處理

　　DCS系統一旦出現故障，用最短時間準確分析和診斷故障發生的部位和原因是當務之急。根據我們的經驗，系統故障處理應注意以下幾個方面：

　　(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：因退出操作權限而不能操作，手動調節時鍵盤輸入數據錯誤，聯鎖切換不當，回路檢修造成短路或接地，等等。

　　(2) 利用DCS系統的自診斷測試功能和硬件故障指示燈來確認故障原因和故障所在。分清是儀表故障還是DCS系統故障，若是DCS系統故障，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在更換冗余電源卡時出現控制器不工作現象，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，要確認系統是否允許在線下裝。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和閥門強制手動，可以有效避免對設備運行的影響。

　　(5) 系統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) 根據我們的經驗，系統軟件下裝、停送電操作執行唱票、復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  結束語

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

　　參考文獻

　　[1] 王常力，廖道文. 集散控制系統的設計與應用[M]. 北京: 清華大學出版社.