DCS系統在運行中常見故障的檢測及處理

摘?要：根據中國平煤神馬集團坑口電廠DCS系統及相關現場設備在運行中出現的各種故障，總結出DCS系統及相關現場設備在運行過程中易出現的故障、檢查及處理措施。

關鍵詞：DCS系統;故障;檢測;處理

DCS（Distributed Control System）即分散控制系統，廣泛應用在石油、化工、電力、冶金、輕工等生產領域。DCS系統作為工業生產的中樞神經部分，它的連續、平穩、可靠運行是實現裝置長周期運行的必要條件。因此，DCS系統在運行中常見故障的檢測及處理就成了DCS維護人員面對的基本問題。

面對不同廠家的產品，我們根據DCS的工作原理，摸索出了一套快速檢測DCS系統在運行中的故障及處理方法。

1 DCS系統的工作原理

工程應用中，DCS只是相當于人的大腦，它收集信息、做出判斷、發出指令，而這些信息的來源和指令的實現則必須依靠各種現場設備。例如通過現場來的AI、DI信號收集現場信息，在DCS內部進行邏輯判斷，然后由DCS或值班員將AO、DO信號發出，設備在現場收到AO、DO信號后進行執行。DCS在運行中，通過對各種輸入輸出信號的處理實現對各種生產過程的監視和控制。

1.1 AI信號傳遞的流程（以熱電偶測溫顯示為例）

熱電偶在溫度發生變化時，熱電偶接線端子測得的電壓（mV）同時會發生變化。變化的電壓信號經電纜送入熱電偶專用模塊，該專用模塊將電壓（mV）信號轉化為數字信號然后經過DP通信線傳入DCS主控單元，主控單元內的專用軟件（各種類型的模塊在主控單元軟件內都有專門對應的地址和轉換函數）接收該數字信號后由專門用于轉換熱電偶信號的函數模塊將數字信號還原為現場實際測得的溫度信號。

在操作員站畫面上顯示各測點值，需要將主控單元內的數據傳輸到每臺操作員站，我們將主控單元和操作員站之間通過以太網連接，并且在操作員站內部建立服務器專門用于和主控單元通信，在操作員站服務器上建立與主控單元內相對應的數據庫，再經過一定的上層和下層通信軟件就可以將主控單元的數據傳輸給服務器了，服務器接收數據后，再經過專用圖形軟件將該溫度真實還原在畫面并能實時變化，這樣就完成了整個數據的采集和顯示。

1.2 AO信號傳遞的流程（以閥門開度設定為例）

AO信號的傳輸是AI信號傳入的反向過程。當操作員在畫面上將一次風機入口門開到50%時，50%作為數字信號由操作員站經以太網進入主控單元，然后在主控單元經過轉換成一定進制的數字信號傳輸給專門的AO輸出模塊，再經過AO輸出模塊轉換成一定的電流信號，通過模塊與現場電氣回路來控制設備開到50%。

1.3 DI信號傳遞的流程（以開關閥的關狀態反饋為例）

當現場的開關閥關到位以后，關到位行程開關的干接點（一般DCS的開關量輸入都是干接點）閉合，將DI信號返回DI模塊，然后由主控單元通過以太網傳輸到操作員畫面，告訴操作員該開關已經按照要求關閉。

1.4 DO信號傳遞的流程（以開電動門為例）

DO畫面點擊開電動門按鈕后，發出一個脈沖信號，該信號通過以太網進入主控單元，然后從主控單元經DP通信線進入DO模塊，在由DO模塊傳輸給相應的繼電器，通過繼電器輸出電信號來控制電氣回路最終導致電路接通，現場電動門開始動作。

2 DCS系統故障的檢測

系統出現故障時，首先要判斷出故障是發生在DCS、外圍輸入輸出設備，或是連線上。根據現場維護經驗，系統常見典型的故障有以下幾類：AI信號顯示異常、DI信號顯示異常、AO信號輸出異常、DO信號輸出異常。

2.1 AI信號顯示異常

AI信號顯示包括數據不準、不波動、不顯示等情況，它可能由于現場儀表引起，也可能由于DCS引起，可采取的判斷方法有：

2.1.1 檢查DCS的通道。用信號發生器模擬標準信號接入顯示異常信號的通道測試，或將另一同類型顯示正常的信號線纜改接到該通道測試，若正常表明DCS通道正常，若不正常則表明DCS通道故障。

2.2 DI信號顯示異常

DI信號主要由現場的干接點輸入到DCS的，可采取的判斷方法有：

2.2.1 檢查DCS的通道。用短接線接入顯示異常信號的通道測試，或將另一同類型顯示正常的信號線纜改接到該通道測試，若正常表明DCS通道正常，若不正常則表明DCS通道故障。

2.2.2 檢查現場來的信號及線路。拆下現場輸入的二根導線，用萬用表的電阻檔，實測是否有與現場設備狀態一致的通斷信號，若有表明現場正常，若沒有表明現場設備或線路故障。

2.3 AO信號輸出異常

2.3.1 檢查DCS的通道。拆下去現場的二根導線，將萬用表調至mA檔接入通道，實測是否有4～20mA的標準信號，若有表明DCS通道正常，若沒有表明DCS通道故障。

2.3.2 檢查去現場的信號及線路。拆下去現場的二根導線，用信號發生器模擬標準信號接入輸出的二根導線，檢查現場設備能否正常動作，若能表明現場正常，若不能表明現場設備或線路故障。

2.4 DO信號輸出異常

DCS的DO信號控制的是繼電器的線圈，可采取的判斷方法有：

2.4.1 檢查DCS的通道及繼電器。拆下去現場的二根導線，將萬用表調至電阻檔接入繼電器的接點，實測是否有正常的通斷信號，若有表明DCS通道及繼電器正常，若沒有表明DCS通道及繼電器故障。

2.4.2 檢查去現場的信號及線路。拆下去現場輸出的二根導線，用短接線短接輸出的二根導線，檢查現場設備能否正常動作，若能表明現場正常，若不能表明現場設備或線路故障。

3 DCS系統故障的處理

判斷出故障是發生在DCS系統內部還是在外圍設備或是連線上后，就可對癥下藥，迅速排除故障。如果是DCS的問題，可以更換通道、檢查邏輯等處理;如果是現場設備及線路的問題，可以進行更換現場設備、線路等，或對現場做進一步的檢查。

在處理故障中應注意以下問題：

（1）對在系統聯鎖、保護、自動中使用的AI、DI點，在處理前應將相應的聯鎖、保護、自動解除、或是對相應的測點進行強制，然后方可進行處理。

（2）對于外供電回路，在拆除卡件現場側接線時，應先將外圍設備電源切除，或拆除后用絕緣膠布對每根線分開進行包裹，防止短路發生。

總之，雖然DCS產品的生產廠家眾多，設計不盡相同，功能和特點也各有千秋，但是DCS的工作原理卻大致相同。掌握DCS的基本工作原理，通過對DCS本身和現場設備的檢測判斷，就能快速對DCS系統在運行中出現的故障進行處理。

作者簡介：呂紅義、1983.2、男、河南省平頂山市人、本科、助理工程師、中國平煤神馬集團坑口電廠、發供電、熱工儀表。