分布式控制系統在工業生產中常見的故障和原因分析

張利超　任磊

摘 要：在當前的工業生產中，分布式控制系統以其優越的性能、良好的控制方案、精準的過程控制等一系列優勢，在諸多的控制系統中脫穎而出，迅速占據了各種工業生產的控制領域。但在應用的同時，及時解決出現的各種故障是保證工業生產順利進行的保障。

關鍵詞：控制；應用；故障；原因

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

1 發展歷史

分布式控制系統（Distributed Control System）即DCS系統。自八十年代以來，隨著計算機技術的不斷發展，控制系統依靠強大的技術支持，將現代科技很好的融合在一起，尤其是以通信技術、智能儀表技術、控制技術、分布式技術、自動化技術以及計算機技術為核心的高科技領域，將工業儀表快速帶向集成化、多樣化、高性能化、系統化的發展道路。進入二十一世紀以來，隨著微電子技術快速發展，處理器功能有了質的飛躍，市場需求不斷擴大，隨之產生了新一代的分布式控制系統。新的控制系統除了處理功能非常強大，另外產品的功能也進一步豐富，處理單元更加小型化、模塊化、標準化；用戶端由之前的人工化轉由計算機內部控制的半自動化、自動化，人機界面更加友好，通信能力大大加強，數據管理能力進一步完善，可靠性進一步提高，系統的可適應性和處理模塊數量的靈活性大大增強。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的控制理念和控制方式，目前國內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就是一套高集成度的信息管理系統。

2 結構組成

DCS系統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、服務器、工程師站、操作員站、交換機、電源、隔離柵、繼電器和內部通信總線等硬件組成。

軟件包括：組態軟件、看門狗等相關軟件。

3 功能特點

（1）DCS系統具有很高的靈活性與擴展性。首先，具有先進的過程操作畫面；包括動態流程畫面、控制回路畫面、總貌畫面、報警畫面、、趨勢記錄畫面等。其次，運算功能強大；能同步無擾下裝實時數據、動態顯示工藝參數、歷史趨勢、報表打印、數據顯示和報警功能，從而實現對工藝生產全過程的集中監視、分散控制和統一管理。再次，DCS 系統的各種模塊能夠支持熱拔插，減少了非故障停機次數，同時又可以對智能儀表進行在線修改參數 這些都是常規儀表所不具備的或需要經過復雜的組合才能實現的。

（2）可靠性高。DCS系統可分別由多臺計算機進行獨立控制，各個計算機之間、與控制站之間都采用網絡方式進行實時通信，互不影響。同時，上層控制站內部控制器都采用內部冗余結構（包括通信總線，控制卡，分配卡，電源等），來確保系統的正常運行。

（3）控制方法豐富。DCS發展到現在，內部控制算法已經極大的豐富，包括常用的邏輯運算、功能處理模塊、順控模塊，并且可結合用戶生產的實際情況進行自定義模塊的封裝、下裝、仿真等功能，同時在組態中可以根據實際情況加入串級、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，就可以加入信號轉換模塊進行信號轉換，同時以地址的方式進行尋址讀取，并進行相關的組態。

4 常見故障

4.1 硬件原因

由于工業生產的連續性，DCS一直保持著運行狀態，其內部的硬件，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，老化速度加快。再加上部分運行環境比較惡劣，粉塵、震動、強腐蝕、高溫度、大濕度等都會加速硬件的老化，從而導致信號輸出失效，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

軟件在開始運行之后，尤其是調試階段頻繁的修改下裝和點數的增加，會使CPU的運行負荷急速上升，可能會出現組態軟件死機或者報錯等情況，這時不可避免的。在正常的運行后，因為軟件原因出現故障的幾率很低，但也會出現。

4.3 其他原因

在系統運行中，操作人員的誤操作、廠家培訓不到位、維護人員的責任心不強、管理上的缺陷等都是影響系統正常運行的因素。

5 解決辦法

（1）加強控制室的管理；保持好控制室的衛生，溫度、濕度控制在相對穩定的范圍內，尤其夏季要增開空調來降溫。非相關人員未經授權不得隨意操作。系統組態要進行及時更新備份，防止意外的發生。定期對聯鎖裝置進行測試（必須在切除聯鎖之后）、報警測試等相關緊急狀態的檢查。相關人員未經授權不得隨意更改和下裝數據，避免發生意外。

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

（3）定期對相關技術人員進行專業培訓，加強相關的學習，對發現的問題及時上報。定期進行隱患排查并進行記錄，并對出現的問題進行統一歸類。對發生頻率高的問題，要想辦法進行改造，避免向嚴重發展。

參考文獻：

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