霍尼韋爾DCS控制系統(tǒng)故障分析

魏 丹

（國(guó)家能源集團(tuán) 神華榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719300）

神華榆林能源化工有限公司主體裝置及罐區(qū)采用霍尼韋爾DCS控制系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)長(zhǎng)周期的運(yùn)行，所出現(xiàn)的問(wèn)題越來(lái)越多。針對(duì)這種情況，榆林公司專門(mén)成立事故分析小組，對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行故障分析、總結(jié)、培訓(xùn)。本文僅對(duì)霍尼韋爾系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的幾例典型故障進(jìn)行分析、總結(jié)，以便在今后的工作中能夠正確、高效地解決系統(tǒng)故障，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

1 榆林公司霍尼韋爾系統(tǒng)基本概況

榆林公司霍尼韋爾系統(tǒng)硬件采用PKS-C300系列，軟件版本R410.7。基本配置情況如下：整個(gè)系統(tǒng)分為5單元，每個(gè)單元配置2～4對(duì)控制器，2臺(tái)Server服務(wù)器，6～8臺(tái)Console 操作站，1臺(tái)Flex station工程師；在CCR總工程師站配置2臺(tái)Server，4臺(tái)Console station，1臺(tái)Flex station，1臺(tái)PHD服務(wù)器，1臺(tái)防病毒服務(wù)器。全廠大致有10000個(gè)控制點(diǎn)。

2 DCS主要故障及分析

自該公司開(kāi)車以來(lái)，霍尼韋爾系統(tǒng)故障大大小小出現(xiàn)了很多次，根據(jù)歸納和整理主要有以下故障。

2.1 繼電器底板干濕點(diǎn)未分開(kāi)帶來(lái)的故障

2.1.1 故障現(xiàn)象及處理

PP裝置1＃系統(tǒng)機(jī)柜與MCC設(shè)備連接，發(fā)現(xiàn)某DO卡件（地址塊為12號(hào)）外供信號(hào)沒(méi)有輸出；控制器燈故障閃爍；DO底板供電保險(xiǎn)燒毀，更換保險(xiǎn)后，保險(xiǎn)立即再次燒毀（此DO IOTA采用外供電模式）。

圖1 繼電器接線Fig.1 Relay wiring

圖3 CC-PDOB01接線原理圖Fig.3 CC-PDOB01 wiring schematic

進(jìn)一步檢查結(jié)果如下：地址塊為12號(hào)的DO卡其中IOTA供電端子TB3-3、4導(dǎo)通，將MCC的信號(hào)脫開(kāi)，從DCS強(qiáng)制輸出，發(fā)現(xiàn)1～16通道有輸出，17～32通道無(wú)輸出；1號(hào)系統(tǒng)柜內(nèi)所有DO卡件狀態(tài)燈全在故障閃爍。

更換DO卡件IOM，重新進(jìn)行上述檢查（保持與MCC信號(hào)脫開(kāi)）。發(fā)現(xiàn)DO卡件狀態(tài)燈正常，1～32通道輸出正常；除原地址號(hào)為12號(hào)的IOTA供電端子TB3-3、4導(dǎo)通，其余IOTA均工作正常。再檢查此DO卡件相連的繼電器底板，發(fā)現(xiàn)底板測(cè)試的通道對(duì)應(yīng)的繼電器輸出接點(diǎn)的跳線個(gè)別處在WET（即DO 24V濕接點(diǎn)）模式。如圖1、圖2所示。

2.1.2 故障分析

此塊繼電器卡為干濕混接，MCC過(guò)來(lái)的AC220V電壓取繼電器干接點(diǎn)構(gòu)成MCC的控制回路。由于接成濕接點(diǎn)，使得AC220V電壓傳入DCS系統(tǒng)DC24V回路，而CCPDOB01最大承受電壓30V，如圖3所示。

圖2 繼電器接點(diǎn)為濕點(diǎn)Fig.2 Relay contact is wet point

2.1.3 結(jié)論

在回路中用到的微型斷路器和保險(xiǎn)主要是過(guò)載和短路保護(hù)，對(duì)于保險(xiǎn)管，基本上只起短路保護(hù)。而造成此次DO卡件損壞的主要原因是高電壓瞬時(shí)將電子元件擊穿，而不一定是大電流。在實(shí)際接線中，每塊繼電器板不要干濕點(diǎn)混接。

2.2 服務(wù)器故障

隨著系統(tǒng)的運(yùn)行周期變長(zhǎng)，霍尼韋爾服務(wù)器出現(xiàn)的故障頻次越來(lái)越高，掌握服務(wù)器的查看方法及故障處理，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。

每臺(tái)服務(wù)器有4個(gè)硬盤(pán)，分別是0號(hào)，1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)硬件檢查說(shuō)明

硬盤(pán)工作時(shí)有兩個(gè)指示燈：指示燈為綠色表示正常運(yùn)行；指示燈為紅與綠交替閃爍表示有可預(yù)見(jiàn)故障；指示燈為紅色表示故障，指示燈不亮表示已經(jīng)離線。

打開(kāi)上位機(jī)軟件：第一次打開(kāi)軟件時(shí)需用管理員級(jí)別打開(kāi)，即右擊“server adminstrator”后點(diǎn)擊“Run as adminstrator”， 點(diǎn)擊“系統(tǒng)”“存儲(chǔ)”“虛擬磁盤(pán)”后即可看到物理磁盤(pán)的狀態(tài)，點(diǎn)擊進(jìn)去可以看到詳細(xì)情況：綠色打勾表示磁盤(pán)正常；紅色打叉表示磁盤(pán)故障；黃色三角帶嘆號(hào)表示磁盤(pán)有可預(yù)見(jiàn)故障，也就是即將要故障。如圖4所示，表示第1號(hào)硬盤(pán)已經(jīng)故障，第2號(hào)磁盤(pán)有可預(yù)見(jiàn)故障，第0號(hào)和3號(hào)正常。

2.2.2 硬盤(pán)更換須知及注意事項(xiàng)

1）共4塊磁盤(pán)必須保證有3塊為正常時(shí)才可以在線更換，如果有2塊已經(jīng)故障，服務(wù)器就會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。所以要求自控人員每天進(jìn)行檢查磁盤(pán)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)有可預(yù)見(jiàn)故障或已經(jīng)故障時(shí)要及時(shí)更換，避免服務(wù)器發(fā)生異常。

2）當(dāng)?shù)?、2、3號(hào)任意一塊故障時(shí)，可以帶電直接熱插拔，注意安裝新的磁盤(pán)時(shí)一定要保證該磁盤(pán)為空內(nèi)存的磁盤(pán)，這樣安裝新的磁盤(pán)后磁盤(pán)會(huì)自動(dòng)“重建”，重建完成后表示更換完成。

圖4 系統(tǒng)硬盤(pán)Fig.4 System hard drive

3）當(dāng)?shù)?號(hào)磁盤(pán)故障時(shí)，不能帶電直接更換，先關(guān)機(jī)后將第1、2、3（磁盤(pán)正常）號(hào)磁盤(pán)任意一個(gè)拔下來(lái)，插到第0號(hào)磁盤(pán)的位置（因?yàn)?號(hào)位置的磁盤(pán)為主盤(pán)永遠(yuǎn)不能為空盤(pán)，具體原因不清楚），第1、2、3號(hào)磁盤(pán)其中拔下來(lái)的卡的位置再插入新的空的磁盤(pán)，這時(shí)重新啟動(dòng)電腦（熱備狀態(tài)會(huì)自動(dòng)重建，如不是熱備狀態(tài)時(shí)重啟電腦，手動(dòng)熱備后就可以了）。

2.3 DI卡底板式繼電器共負(fù)故障

2.3.1 故障現(xiàn)象及處理

PE裝置 C1202二次機(jī)電伴熱（C1202-R3A）電伴熱啟動(dòng)后，DCS一直接收不到其運(yùn)行狀態(tài)（位號(hào)是：YLH1202R3A）。其運(yùn)行反饋由 MCC進(jìn)入DCS系統(tǒng)魏德米勒底板式繼電器（位置是：R003R-LB02）第30通道。初步檢查，底板式繼電器第30通道保險(xiǎn)燒壞，后對(duì)線路進(jìn)行效驗(yàn)，確定線路之間及線路對(duì)地均沒(méi)有問(wèn)題。更換備用通道保險(xiǎn)后，DCS依然接受不到電伴熱運(yùn)行狀態(tài)，再次檢查底板式繼電器30通道，發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)再次燒壞。

將外部接線斷開(kāi)，測(cè)量發(fā)現(xiàn)，底板式繼電器第30通道A對(duì)地短接，通道 B對(duì)地有24V；測(cè)量其他通道發(fā)現(xiàn)，A對(duì)地沒(méi)有短接，通道B對(duì)地有24V。將電伴熱運(yùn)行反饋（位號(hào)是：YLH1202R3A）接到此底板式繼電器的備用通道（第32通道），信號(hào)正常，因此懷疑底板式繼電器第30通道有問(wèn)題。

2.3.2 故障分析

DI底板式繼電器，通過(guò)跳線帽使繼電器一端接到24V電源的負(fù)端（相當(dāng)于共負(fù)接法），通過(guò)跳線帽將B端帶有24V電源，當(dāng)信號(hào)有反饋時(shí)，A、B 導(dǎo)通，使繼電器的另一端帶24V電源。

對(duì)于電伴熱運(yùn)行反饋問(wèn)題（30通道），A對(duì)地短接，通道B對(duì)地有24V。當(dāng)電伴熱運(yùn)行時(shí)，A、B導(dǎo)通，導(dǎo)致24V電源直接接地，因此保險(xiǎn)燒壞。

圖5 魏德米勒DI、DO繼電器板接線Fig.5 Weidmiller DI, DO Relay board wiring

2.3.3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)摸索，總結(jié)出魏德米勒繼電器板接線方法。如圖5所示。

DO卡底板式繼電器由DO卡件第X通道驅(qū)動(dòng)繼電器線圈帶電，XY導(dǎo)通。其中，端子A始終與電源負(fù)極相連接，這里涉及到干/濕“WET”“DRY”兩種接線方式。

① WET接法：端子B通過(guò)XY，通過(guò)WET跳線接到電源的正極，這樣端子A/B帶24V電輸出（B+ A-）WET信號(hào)（驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)電磁閥，指示燈）。

② DRY接法：B通過(guò)XY，通過(guò)DRY跳線，與端子C形成干節(jié)點(diǎn)輸出（去MCC等）DRY信號(hào)。

2.4 檢修期間系統(tǒng)維護(hù)

為了使工藝設(shè)備更好的運(yùn)行，每年裝置都會(huì)有不同時(shí)間檢修期。在這期間，DCS控制系統(tǒng)同樣需要進(jìn)行檢修，這包括系統(tǒng)下電、除塵、點(diǎn)檢等。怎樣進(jìn)行系統(tǒng)檢修，每個(gè)公司都會(huì)有一套自己的方法，經(jīng)多年的檢修實(shí)踐，總結(jié)了以下步驟，保證上電的程序最大程度上不丟失。

2.4.1 停工前系統(tǒng)參數(shù)記錄

1）備份PID和報(bào)警參數(shù)：在停工前，通過(guò)UPLOAD功能備份裝置PID參數(shù)。

2）運(yùn)行狀態(tài)和指標(biāo)記錄：包括檢查并記錄操作站的狀態(tài)、檢查并記錄I/O卡件的狀態(tài)、檢查并記錄系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

2.4.2 系統(tǒng)備份

依次備份ERDB數(shù)據(jù)庫(kù)、EMDB數(shù)據(jù)庫(kù)、RTDB數(shù)據(jù)庫(kù)、操作站連接文件備份、流程圖文件、Checkpoint文件備份。

2.4.3 系統(tǒng)停電

系統(tǒng)停電前，確認(rèn)工藝設(shè)備已完全交出檢修。

系統(tǒng)停電依次為：停操作站、停控制器、停服務(wù)器（ESVR01A、ESVR01B）、停 輔 助 設(shè) 備（SWITCHA、SWITCHB）、停總電源。

2.4.4 標(biāo)識(shí)卡件

系統(tǒng)斷電后，控制系統(tǒng)除塵清掃操作前，應(yīng)對(duì)各控制站、操作站及輔助操作臺(tái)、輔助柜等內(nèi)部的需要進(jìn)行檢修的卡件分類做好標(biāo)識(shí)，記錄卡件順序及位置；帶有撥碼開(kāi)關(guān)的卡件，記錄撥碼開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，以便檢修后的正確安裝。

2.4.5 硬件分解、除塵清掃

1）除塵工作應(yīng)細(xì)致精心，保證除塵徹底，確保不損壞卡件及設(shè)備。徹底清掃控制柜、操作站及相關(guān)機(jī)柜內(nèi)外、上部衛(wèi)生。把所有設(shè)備的過(guò)濾網(wǎng)拆下清洗，晾干后備用。

2）硬件分解前，應(yīng)在操作安全區(qū)平鋪防靜電絕緣膠皮（防靜電絕緣膠皮與接地系統(tǒng)相連接），有秩序地將要清掃、檢修的部件與機(jī)柜及其它部件間的接線、接插件拆下。

3）徹底清掃機(jī)柜內(nèi)、外部衛(wèi)生，對(duì)設(shè)備周圍灰塵用吸塵器進(jìn)行徹底清除；對(duì)各設(shè)備機(jī)柜內(nèi)的電源進(jìn)行徹底清潔。

4）打開(kāi)服務(wù)器、操作站主機(jī)進(jìn)行除塵，徹底清理各機(jī)箱內(nèi)部板卡上的灰塵。在拆機(jī)的過(guò)程中，要注意輕拿輕放，不磕不碰。

5）徹底清理服務(wù)器、SWITCH、操作臺(tái)，及顯示器上的灰塵及污跡。

6）對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行徹底清掃后，檢查確認(rèn)沒(méi)有工作死角，保證設(shè)備清潔如初。

2.4.6 卡件回裝、檢查

1）所有卡件、部件清洗檢修后，檢查微動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)定，跨接線連接等情況是否有錯(cuò)，核對(duì)無(wú)誤后再按次序?qū)⒉鹣碌目ò濉⒉考寤氐皆鹊牟课弧２蹇〞r(shí)要通過(guò)防靜電手環(huán)，連好接線，接好電纜，擰緊固定螺釘。

2）按照檢修方案，修復(fù)或更換有故障的卡件和部件，更改硬件或接線，目視檢查印刷電路板的電子元件和線路是否有損傷，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理或采取預(yù)防性措施，對(duì)操作員鍵盤(pán)的不良按鍵進(jìn)行修復(fù)，對(duì)失效的功能鍵鎖進(jìn)行修復(fù)。

3）插件板上的電池，下次大檢修前超有效期的，要進(jìn)行及時(shí)更換。

4）系統(tǒng)連接檢查

① 卡板、部件全部回裝連接后，進(jìn)行系統(tǒng)連接檢查。

② 檢查系統(tǒng)部件安裝是否到位，網(wǎng)絡(luò)連接、各部件是否安裝正確，保證所檢修過(guò)的線、纜、卡、開(kāi)關(guān)等的位置恢復(fù)原位。

③ 檢查卡件底板、接線端子、電纜等是否有損傷，如有損壞應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。

④ 檢查設(shè)備及電纜的標(biāo)記是否完整清晰，若標(biāo)記不清晰或缺少，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)上標(biāo)記。

⑤ 檢查電源系統(tǒng)、接地系統(tǒng)的連接情況。系統(tǒng)接地電阻測(cè)試，要符合系統(tǒng)接地要求，本安系統(tǒng)接地≤4Ω。

2.4.7 系統(tǒng)重新上電前電源、接地檢查

1）聯(lián)系工藝人員，開(kāi)好工作票，確認(rèn)上電時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不會(huì)誤動(dòng)作。

2）聯(lián)系供電，UPS是否運(yùn)行正常，用萬(wàn)用表測(cè)量電源總開(kāi)關(guān)電源電壓是否正常，電壓：220V，240（+10% -15%）VAC，頻率：50HZ，滿足系統(tǒng)要求后閉合總電源開(kāi)關(guān)。檢查要通電的各個(gè)節(jié)點(diǎn)電源電壓是否正常。檢查正常后，再將各分支電源開(kāi)關(guān)閉合。

2.4.8 系統(tǒng)投運(yùn)

1）啟動(dòng)電源柜內(nèi)的總電源空開(kāi)，打開(kāi)電源柜內(nèi)的操作站電源開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)標(biāo)簽分別為站號(hào)）。用萬(wàn)用表逐個(gè)測(cè)量操作臺(tái)內(nèi)的電源，再次確認(rèn)電源符合系統(tǒng)要求后，閉合操作臺(tái)內(nèi)電源開(kāi)關(guān)，按下顯示器、操作站電源按鈕，啟動(dòng)操作站。

2）依次啟動(dòng)服務(wù)器（ESVR01A、ESVR01B）、啟動(dòng)控制站、啟動(dòng)電源柜內(nèi)控制站電源空氣開(kāi)關(guān)。

3）登陸服務(wù)器ESVR01A， 進(jìn)入組態(tài)工作室，選擇Control Strategy→Configure process control strategies→Monitoring→CEE01→右鍵→change state→CEE Command→Run。

4）登陸服務(wù)器ESVR01A，進(jìn)入組態(tài)工作室，選擇Control Strategy→Configure process control strategies→Monitoring→Link01、Link02→卡件→右鍵→Active。

5）輔助設(shè)備上電。

2.4.9 冗余電源系統(tǒng)檢查

對(duì)控制機(jī)柜冗余電源的測(cè)試，分別關(guān)閉各控制機(jī)柜主、副電源，觀察機(jī)柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2.4.10 系統(tǒng)狀態(tài)檢查

在服務(wù)器上依次檢查控制器冗余服務(wù)器ESVR01A、ESVR01B，SH_C1、SH_C2、Console Stations、Flex Stations狀態(tài)。

2.4.11 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)檢查

綠色-正常；黃色-單網(wǎng)運(yùn)行；紅色-網(wǎng)絡(luò)中斷。

2.4.12 控制站冗余切換、冗余的I/O卡件檢查

拔出冗余控制站、I/O卡中的一塊，調(diào)出其診斷畫(huà)面及相關(guān)點(diǎn)的細(xì)目顯示畫(huà)面，檢查是否正常。插好后再對(duì)另一塊控制器、I/O卡進(jìn)行測(cè)試，依次對(duì)其余的冗余I/O卡進(jìn)行測(cè)試。

2.4.13 服務(wù)器冗余切換檢查

2.4.14 其它功能測(cè)試

在檢修期間所有備用卡件都要上機(jī)測(cè)試。

2.4.15 系統(tǒng)打點(diǎn)測(cè)試

對(duì)輸入/輸出卡件的精度進(jìn)行檢查測(cè)試，每卡按測(cè)量點(diǎn)數(shù)20%的比例進(jìn)行抽檢。

1）模擬輸入/輸出點(diǎn)：拆除被測(cè)點(diǎn)接線，依次送入量程的0%、50%、100%對(duì)應(yīng)的信號(hào)，在操作站的點(diǎn)細(xì)目畫(huà)面、流程圖畫(huà)面觀察并記錄PV值，將結(jié)果填入記錄單，以測(cè)試卡的精度。

2）數(shù)字輸入點(diǎn)：拆除被測(cè)點(diǎn)接線，用短接線短接槽路或斷開(kāi)槽路，在操作站上觀察記錄狀態(tài)值（ON或OFF），將結(jié)果填入校驗(yàn)單。

3）數(shù)字輸出點(diǎn)：拆除被測(cè)點(diǎn)接線，在操作站上置數(shù)字輸出點(diǎn)為ON或OFF狀態(tài)，用萬(wàn)用表測(cè)通或斷，將結(jié)果填入校驗(yàn)單。

4）如果某一通道出現(xiàn)故障，更換到備用通道，并更改組態(tài)，做好記錄。通道正常，將原接線復(fù)原。

3 結(jié)束語(yǔ)

霍尼韋爾DCS控制系統(tǒng)隨著運(yùn)行時(shí)間周期的加長(zhǎng)，或多或少都會(huì)出現(xiàn)軟件及硬件的故障，但所有故障都萬(wàn)變不離其中，只要在日常維護(hù)工作中做到細(xì)致謹(jǐn)慎、學(xué)習(xí)積累，對(duì)所出現(xiàn)的系統(tǒng)故障進(jìn)行分析、總結(jié)及歸納，就能夠最大化地實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。