基于CS3000平臺的DCS系統(tǒng)維護

王振云，王雪偉

（內(nèi)蒙古億利化學工業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

1 系統(tǒng)概述

內(nèi)蒙古億利化學工業(yè)有限公司目前有3套CS3000 DCS 系統(tǒng)，聚氯乙烯生產(chǎn)線、乙炔生產(chǎn)線及脫鹽水生產(chǎn)線。在五年多的DCS 系統(tǒng)維護中遇到過很多的問題，就這些問題加以分析提出DCS 系統(tǒng)常規(guī)維護必須注意的事項，為系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行打下堅實的基礎(chǔ)。

目前，DCS 系統(tǒng)種類繁多，應(yīng)用也越來越廣泛，但常用的DCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)大同小異，主要有總線型、環(huán)型、星型。億利化學工業(yè)公司的系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。組態(tài)平臺采用橫河CS3000系統(tǒng)。現(xiàn)場儀表通過HART 協(xié)議接入DCS 系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是基于總線拓撲結(jié)構(gòu)。

2 硬件維護方法

圖1 億利化學CS3000系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

該公司使用的橫河CS3000的特點是：（1）連續(xù)反饋控制，斷續(xù)連續(xù)控制，具有豐富的計算功能；（2）采用PC 硬件技術(shù)，基于WINDOWSXP，OPC 開放軟件，采用標準網(wǎng)絡(luò)和接口；（3）簡潔開放的組態(tài)，清晰高效的操作，快捷簡單的維修；（4）系統(tǒng)冗余，故障自動診斷和隔離和在線維護成本低。硬件配置見圖2。主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（I/O 系統(tǒng)）、組態(tài)站、操作站、OPC 數(shù)據(jù)站、批量服務(wù)器。基本的硬件維護是從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點開始，具體包括數(shù)據(jù)采集卡件，組態(tài)站，操作站等[1]。

2.1 數(shù)據(jù)采集卡件的維護

數(shù)據(jù)采集卡件分為AI/AO（模擬量輸入輸出）.DI/DO（數(shù)字量輸入輸出）還有RTD（溫度）卡件。采集信號又分為有源、無源信號，不同的信號在接入系統(tǒng)時需要對卡件做相應(yīng)的設(shè)置，才能保證數(shù)據(jù)的正確采集及保證卡件通道的安全。數(shù)據(jù)采集也見圖2。

圖2 CS3000數(shù)據(jù)采集原理圖

AI 模擬量輸入信號一般為4～20 mA 或者1～5 V的標準信號，在接入DCS 系統(tǒng)時，經(jīng)過MTL5042的安全柵進行隔離；AO 模擬量的輸出時也經(jīng)過安全柵MTL5045進行輸出隔離；DI 和DO 數(shù)字量的輸入輸出是通過繼電器將信號轉(zhuǎn)換成干觸點的方式對內(nèi)輸入或?qū)ν廨敵觯@樣，不會因為現(xiàn)場設(shè)備過來的大電流或者擾動損壞比較昂貴的采集卡件。

通常，采集卡件都是統(tǒng)一安裝在遠離現(xiàn)場的DCS 機柜間中，這樣，可以避免設(shè)備的震動。機柜間中配有工業(yè)大功率空調(diào)來控制溫度、濕度以及通風，對采集卡件的環(huán)境起到良好的作用，環(huán)境對于數(shù)據(jù)采集卡件的正常健康的運行起到至關(guān)重要的作用。

2.2 電源系統(tǒng)的維護

這里所說的電源既包括系統(tǒng)電源UPS，也包括機柜間內(nèi)的分支電源，也就是數(shù)據(jù)采集卡件的電源和現(xiàn)場儀表供電的電源，見圖3。

UPS 電源在正常使用情況下，對主機的維護很少，主要是防塵和定期除塵，特別是該公司所處的內(nèi)蒙古西北地區(qū)空氣比較干燥，空氣灰粒比較多，遇到潮濕的空氣，就會在UPS 內(nèi)沉積導(dǎo)致不可預(yù)知的后果。目前，UPS 電源都是并聯(lián)冗余，具備熱備功能，有利于單臺維護。在CS3000中有單獨的UPS 報警警告，當UPS 出現(xiàn)不正常情況時系統(tǒng)接收來自UPS 的故障信號在上位畫面中和報警中提醒維護人員檢查UPS 并解決故障保證UPS 正常運行。在日常維護中，主要是對UPS 室的環(huán)境溫度和濕度的監(jiān)測，檢查電池外觀，有無變形和泄漏，連接處是否有松動現(xiàn)象，主機是否在主回路運行。

圖3 系統(tǒng)供電

機柜間內(nèi)的分支電源一般是將220AC 轉(zhuǎn)為24DC，在日常維護中，應(yīng)該注意電源的運行指示燈和散熱情況。這里的電源都是并聯(lián)冗余的而且電源機柜里都有雙風扇進行散熱，應(yīng)對機柜內(nèi)的溫度進行監(jiān)測一般室溫控制在23 ℃左右為最佳。

2.3 工程師站服務(wù)器及操作站維護

工程師站是進行下裝組態(tài)的是程序正常安全運行的核心，應(yīng)當禁止無關(guān)人員入內(nèi)，服務(wù)器是用來運行批量程序的，有主機和備機之分，在一臺出現(xiàn)問題后，切換到另一臺正常運行，不經(jīng)允許任何人不得更改服務(wù)器中的加料工藝參數(shù)。操作站供操作人員對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控，因為這些操作站不停地運行，只有在檢修期間才能停機休息，所以，操作站的散熱尤為重要。操作臺上都已安裝風扇進行散熱，要定期對空氣過濾進行清理。操作站的配置一般為普通的戴爾商用機，配件是通用且容易購買的，所以，操作臺可以脫離DCS 系統(tǒng)進行維護。

3 DCS 系統(tǒng)軟件的維護

軟件包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序、控制系統(tǒng)軟件、Keycode 盤、控制組態(tài)數(shù)據(jù)庫（工程）的維護為了確保控制組態(tài)數(shù)據(jù)是最新的和完整的，維護人員要對以上軟件定期備份，且針對實際使用中的光盤和軟盤的容易磨損的缺點，注意多做備份，并采用移動硬盤、U 盤等備份形式確保各軟件的完整保存。

維護人員要定期對工程師站、操作站以及服務(wù)器做工程備份并對硬盤空間進行檢查和磁盤碎片整理。這樣，可提高系統(tǒng)運行速度，減少由于系統(tǒng)崩潰造成的操作站沒有規(guī)律死機的次數(shù)，減少維護成本。

控制軟件是指CS3000組態(tài)軟件，在正版WINDOS 平臺上安裝了CS3000組態(tài)軟年后，嚴禁安裝與系統(tǒng)無關(guān)的軟件，其中包括一些殺毒軟件，因為安裝會給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定因素。CS3000系統(tǒng)本身具有自身監(jiān)視功能，可通過系統(tǒng)狀態(tài)窗口檢查CPU 的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集卡、網(wǎng)絡(luò)通訊是否有故障點、冗余卡件是否有帶病運行狀況。如果有上述情況應(yīng)及時更換，保證系統(tǒng)安全有效運行。此外，對于重要的工程師站可以借助于第三方軟件如GHOST，NORTON 等軟件完美、安全、經(jīng)濟的備份，使維護工作量大大減少。

4 環(huán)境維護

霧霾天氣極嚴重在影響DCS 系統(tǒng)。影響DCS系統(tǒng)的環(huán)境因素是溫度、濕度、震動、粉塵、散熱、通風。一般來說，現(xiàn)場與DCS 系統(tǒng)有一定的安全距離，可避免現(xiàn)場設(shè)備的震動粉塵給系統(tǒng)帶來的不確定因素。溫度是由大功率工業(yè)空調(diào)來控制，應(yīng)避免溫度溫差大幅度地跳動，因為卡件屬于電子產(chǎn)品，急劇變化的溫差會使電路板凝露，造成系統(tǒng)的硬件損壞。

總之，當出現(xiàn)較大規(guī)模的硬件故障時，最大的可能是由于DCS 系統(tǒng)環(huán)境維護不力而造成的系統(tǒng)運行故障，除當時采取緊急備件更換和系統(tǒng)清潔工作外，還要及時由廠家專業(yè)技術(shù)支持工程師進一步確認和排除故障。

5 結(jié)語

不同品牌的DCS 系統(tǒng)有不同的維護方式方法，但原理基本相同，都是要保證生產(chǎn)過程控制平穩(wěn)、運行穩(wěn)定、安全生產(chǎn)。系統(tǒng)維護管理人員應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)特點和生產(chǎn)設(shè)備控制情況，制定適合本單位的維護策略和方式方法。做到合理、系統(tǒng)、定期維護，保障安全，節(jié)約維護成本，做到效益最大化。

［1］趙 斌.淺析DCS集散控制系統(tǒng)的故障原因及運行管理.科技資訊，2011，（16）：107.