和利時DCS常見故障分析及解決措施

摘要：近年來，隨著和利時公司的不斷發展，其產品所占的市場份額越來越大，尤其是DCS系統在我國諸多領域都有著廣泛的應用。但是隨著應用深度的不斷增加，其中存在的問題也日益顯現出來，進而對系統整體的運行產生了嚴重的影響。文章對和利時DCS系統在實際應用中發生的故障進行了分析，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：和利時DCS系統；常見故障；解決措施；頻繁離線故障；控制站死機故障 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ056 文章編號：1009-2374（2016）27-0062-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.029

1 概述

近年來，隨著和利時DCS系統應用范圍的不斷擴大，它對部分企業生產等經營活動的正常運行的影響越來越大。而該系統中存在的故障問題對企業而言具有嚴重的影響，因此應當加大對和利時DCS系統常見故障的分析研究力度，并制定出相應的解決措施，為今后各個企業的安全生產提供堅實的保障。為了更加全面地了解和利時DCS系統中存在的主要問題，本文將對某發電企業應用和利時DCS系統為例進行詳細的分析。

2 DCS系統概述

經過多年的研究分析，過程控制系統的應用性能得到了全面的提高，其發展由早期的PCS、ACS再到今天的DCS系統，其發展歷程較長，取得的成果對過程控制系統的進一步發展具有十分重要的影響作用。所謂的DCS系統實質上就是以4C技術（計算機、控制、通信、CRT現實技術）為支撐，并實現對現場設備的控制操作的較為先進的過程控制系統。DCS系統在通信網絡（以太網、總線等）的作用下將工業企業生產現場的控制站、操作站以及工程師站等進行有效的連接，這樣可以對分散的現場生產設備進行集中化管理和操作。

隨著科學技術的不斷發展，生產企業對DCS系統的要求也在不斷提高，尤其是在處理能力以及數據接口方面，傳統的DCS系統已經遠遠不能滿足社會工業生產等發展的需要。一般情況下，DCS系統只有符合以下四個方面的條件，才能滿足社會企業發展的基本需要。第一，DCS系統的機構應當具有一定的開放性，同時為了滿足實際工業生產的需要，還應當提供多層的數據接口；第二，DCS系統的數據處理能力要高，同時還可以對組成較為復雜的控制系統以及用戶自主開發的專用高級控制等提供支持；第三，DCS系統應當符合現場總線的相關的標準為今后系統擴展等提供條件；第四，DCS系統應當具有較高的可靠性，且維修較為簡單，并保障所使用的工藝技術比較先進、經濟合理，為今后系統的推廣應用等提供堅實的基礎。總的來說，隨著我國科學技術的不斷進步，DCS系統也在不斷發生著改變，其目的是滿足社會工業等生產應用的需要，但是DCS系統在實際的應用過程中仍舊存在著一定的問題，且這些問題的存在對生產的正常運行已經產生了不利的影響，因此應當切實加大對DCS系統的研究重視力度，以推動我國智能化生產的進一步發展。

3 和利時DCS系統分析

通過以上分析可知，DCS系統對社會工業化生產的正常運行等具有十分重要的影響意義。但是隨著應用范圍的不斷擴大，其中存在的問題也逐漸顯現出來，如何解決DCS系統在使用中的問題成為了當下研究的熱點。本文將以某發電廠為例，對這一問題進行綜合的分析探討。該發電廠的裝機容量為4*600MW，其中控制系統使用的是北京和利時自動化工程有限公司所生產的MACS DCS系統，該系統在實際的應用過程中，在通信網絡（以太網以及現場總線）作用下將各個工程師站、操作員站、通訊控制站、打印服務站以及現場總線控制站等進行了有效的網絡連接，實現了各個站點之間的生產通訊正常化，這樣一方面保障了電廠安全生產的正常運行；另一方面一旦生產中發生任何故障可以及時有效地采取解決措施，以免造成不必要的經濟損失，其具體結構如圖1所示。北京和利時MACS DCS系統在該發電企業正常運行中發揮著十分重要的作用，基本實現了生產的自動化控制，極大地提高了工作效率以及工作質量水平，另外該系統的應用還在一定程度上提高了生產安全系數，降低了事故損失，對電廠的運行具有十分重要的影響意義，但是該系列DCS系統在運行過程中會產生一些故障，并對企業安全生產造成了不利影響，接下來本文將對一些常見的故障進行分析，并提出相應的解決

措施。

4 操作員站頻繁離線故障及解決措施

和利時MACS DCS系統（以下簡稱和利時DCS系統）在正常運行過程中，2號機組操作員站會經常發生離線現象，但是這種離線現象持續的時間較短，一般在2s左右，之后便會自動進行網絡連接，在這一段時間內無法對操作站進行任何操作。當相關的技術人員對這一時間段的狀態畫面進行查看分析時發現，在操作員站處于離線狀態的過程中，該系統上層通信網絡是處于斷開狀態的，而下層的通信網絡是處于正常狀態，且所有的機械設備的運行都不會存在異常現象。另外當機組操作員站處于離線狀態時，該系統的交換機和服務器也處于正常狀態。通過以上分析可知，當2號機組發生這種離線情況時應當是1號操作員站的網卡存在問題，那么可以通過更換1號操作員站網卡，以保障網絡通信的正常，避免2號操作員站再次發生離線故障。因此在系統日常運行的過程中，為了避免操作機組操作員站發生離線故障，首先，應當定期對相關的電子設備進行吹灰處理，以進一步降低電子設備老化的速度，延長其使用周期；其次，操作站的技術人員應當對操作站內各電子設備的使用期限等進行掌握，并根據使用的實際情況對不符合使用要求的電子設備進行更換。總的來說，當和利時DCS系統操作員站發生操作員站頻繁離線故障時，應當考慮電子元件是否出現問題，并在日常的管理過程中加大對電子設備的清潔力度，避免產生網絡通信故障。

5 控制站死機故障及解決措施

該發電站和利時DCS系統在正常的運行過程中，2號機組的19號控制站有時會發生突然性死機的現象，這種現象的發生將會造成該控制站所有的電子設備復位，且持續時間達2min，之后便會自動恢復正常狀態。從和利時DCS系統構成上分析，該系統的主控單元屬于雙控制器主從冗余配置，簡單來說就是指當主控制器部分發生運行故障時，該系統會立即停止運行，但是其顯示的狀態為正常，這就使得系統不能夠立即自動向從控制器進行轉換，且只有經過約2min后該系統才會為從控制器進行控制，一旦發生這種主控制器運行故障，且不能立即轉換成為從控制器情況時，應當更換主控單元。另外當生產停機后，相關的技術人員應當對主控單元的機架進行檢查，并定期進行清潔處理。為了進一步保證控制站在日常生產中正常運行，企業還應當加大對控制站設備的巡查監督運行力度，根據控制站相關設備的使用情況和使用壽命更換設備，對設備進行日常的維護、清潔等，避免造成更大的損失。

除此之外，對于和利時DCS系統而言，其事件順序記錄不能夠自動實現同步對時記錄，因此當系統機組停止運行時，就無法獲得正確的故障順序記錄信息，當發生這種運行故障時，一方面可以通過轉換GPS對時方式，即將GPS對時方式轉換為DCS服務器軟件對時方式；另一方面也可以在每個控制站設置相應的對時硬件設備，以保證各服務器對時實現同步。在DCS系統日常的運行過程中還應當對SOE功能進行定期的測試，一旦測試中發生故障應當立即采取措施，避免影響系統的正常運行。

6 GPS對時信號沖擊網絡故障及解決措施

對于和利時DCS系統而言，其與網絡連接的方式主要包括以下種類，即全廠GPS、GPS與DCS服務器接口以及485總線等三種方式實現網絡通信功能。而當GPS進行調試并安裝成功之后會對DCS系統的曲線查詢功能產生一定不利影響。例如DCS系統曲線掃描功能每間隔20min會發生中斷，且每次中斷的時間約為5s，而通過對GPS對時頻率分析發現，它與DCS曲線系統發生中斷的頻率是一致的，當進行GPS與DCS服務器對時校時時，就會在一定程度上對DCS系統曲線掃描功能產生一定的影響，進而對系統運行產生阻礙，因此當發生這種運行故障時，應當直接將GPS與DCS系統的對時接口取消，并將兩者之間的對時方式選為軟件對時，這樣將會避免對時校時時對DCS系統掃描功能產生影響。

除此之外，當系統處于停機狀態時，技術人員就和利時DCS系統主/副服務器的自動切換功能進行一定試驗分析發現，該系統主副服務器的切換無法完成，而當人工重啟主服務器之后，該系統主副服務器的切換功能又恢復，且經過對服務器以及SOE的檢查發現，其中并無異常現象，但是當對兩臺服務器的內部相關文件進行檢查時發現，這種異常現象產生的原因是控制器對時系統一致所引起的。具體為，和利時DCS系統在運行中只會進行一次對時校時，但是當主副服務器發生切換時，由于兩服務器各自的時鐘存在著一定的差異，因此造成主副服務器切換時發生切換故障。當和利時DCS系統發生這種故障情況時，也應當采取軟件對時措施，以實現定時對主副服務器進行對時校時操作。例如當CRT畫面為灰色且信息以亂碼形式顯示時，應當立即查看報警記錄，并電解系統圖，其中如果存在故障，那么該位置的服務器會顯示為紅色（故障），而另一臺服務器則顯示為綠色（正常），但是服務器的故障并不會導致控制器停止運行。這時就可以采取以下操作措施：第一，將CRT顯示操作停機，并通知相關的負責人立即對1號機組的主機負荷進行查看；第二，將發生故障的服務器手動操作重啟，并對主副服務器進行檢查，保障一主一副；第三，技術人員應當對系統通信網絡以及控制器進行檢查，一旦發現問題應當立即進行解決，直至網絡以及控制器都處于正常狀態，操作員站沒有報警發生，經過上述處理和利時DCS系統應當會恢復運行，主副服務器實現切換。通過以上分析發現，產生這種運行故障的原因有兩點：第一，主服務故障信號沒有發出；第二，副服務器沒有接收到主服務器故障信號。

7 卡件故障

對于和利時DCS系統而言，卡件故障主要表現為兩個方面：第一，電源卡SM900。對于和利時DCS系統來說，其卡件采取的供電方式為橫向供電，而當技術巡查人員對2號站的輔電源卡件進行檢查時發現，其CRT顯示為紅色（故障），且經過細致的檢查分析得出，橫向輔電源發生運行故障，并對其保險進行檢測，發現已經燒毀，產生這種故障的原因可能是發生了短路現象，這時將機組的電源供電系統斷開，并對其進行進一步的檢查發現機籠SM120被燒毀。對于DCS系統而言，它的供電方式采用的是兩路電源同時進行供電，且兩路供電電源利用隔離裝置進行了隔離，這樣做的目的一方面是避免一方面發生故障時影響另一路電源供電，另一方面是為電源供電系統維修提供便捷。從實際工作經驗分析發現，DCS系統的電源報警系統所提供的電源報警信息并不準確，這就在一定程度上提高了技術人員對系統故障分析的難度，且DCS系統機籠的更換比較困難，因此應當根據實際情況對系統機籠做出科學合理的分析；第二，熱電阻卡SM432。對于和利時DCS系統而言，在電機等諸多高壓設備上都安裝了測溫元件，因此在對這些設備進行日常的檢查維修時，特別是在進行絕緣測試時，不可避免地會將強電串入到熱電阻卡SM432中，且該卡件并沒有設置相應的防強電串入對策，因此當強電進入到卡件之后，該卡件極易發生燒糊，甚至嚴重的情況下會破壞其他相關的元件。例如當DCS系統機組處于正常運行狀態時，一旦熱點卡SM432被燒毀，那么這時系統主控單元SM201的CNe燈就可能突然滅掉，即發生通信網絡故障，這時就應當將被燒毀的卡件及時拆除并進行更換，使系統的網絡通信恢復。因此為了避免熱電阻發生燒毀現象，技術人員在進行絕緣檢測時應當將SM432拆除，待檢測完成之后再進行安裝。

8 部分功能模塊無法正常工作分析及解決措施

和利時DCS系統在運行過程中，部分功能模塊可能會發生無法正常運行的故障，例如RS觸發器無法正常工作，且經過對RS觸發器宏調用命令即宏地址名稱進行檢查發現并無異常現象，即使將RS觸發器拆下并重新安裝之后仍舊無法恢復正常工作狀態，那么這時技術人員可以在系統處于登錄狀態的情況下進入到邏輯運算單元，將發生故障的RS模塊部分進行強制處理，使其恢復到正常工作狀態，之后再將強制狀態消除，這樣RS觸發器功能模塊將會重新恢復到正常運行狀態。產生這一故障的主要原因是和利時DCS系統內部相應的執行程序發生了一定的故障。對于DCS系統而言，它的邏輯程序沒有進行一定的分頁處理，且邏輯調用區域的范圍也比較大，邏輯程序具體的位置并沒有進行準確的設置，這樣當DCS系統對邏輯頁進行掃描時，就會對整個邏輯調用區域進行掃描處理，一方面給系統的服務器和控制器增加了負載；另一方面在對邏輯調用區域進行掃描的過程中極有可能會將一些無用的字符進行讀取，進而引發功能控制模塊的運行故障，因此一旦系統功能模塊發生運行故障時，應當在邏輯運算區域進行解決，以保障DCS系統運行的正常進行。

9 結語

綜上所述，隨著我國工業經濟進入到快速發展的階段，對DCS系統的要求也變得越來越高，再加上當下科學技術的不斷發展，和利時DCS系統的應用性能也將會極大提高。但是在實際的應用過程中，DCS系統仍舊存在著一定的問題，且這些問題的存在對系統的整體運行產生了一定的影響，因此應當加大對這些常見問題的重視研究力度，一旦發現有故障發生的預兆，應當立即采取措施，避免造成更大的系統設備損壞。

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作者簡介：蔣波（1981-），男，陜西綏德人，神華陜西國華錦界能源有限責任公司工程師，碩士，研究方向：火電廠熱工自動化、火電廠脫硫系統熱工控制。

（責任編輯：王 波）