CS2000 系統實訓裝置常見故障分析及處理

張麗萍 ， 常 凱 ， 魏建平 ， 吳耀華 ， 李昊舒

（1.山東交通職業學院，山東 濰坊 261206；2.山東省濰坊商業學校，山東 濰坊 261011）

0 引言

DCS 系統故障的及時排查與處理，決定著整個控制系統的穩定運行，是確保機組正常運行的前提。 一旦DCS 故障不能及時排查與處理，輕則工藝波動，重則停爐停機[1]。因此， 分析DCS 系統常見的故障現象及總結處理方法尤為重要。

“化工儀表自動化賽項”現已發展成為覆蓋化工技術類、自動化類相關專業，社會影響深遠的全國石油和化工職業院校技能賽事。 其中，DCS 組態及運行調試項目占整個比賽項目內容的比例高達55%。 DCS 系統的故障排查往往是各個參賽隊屢屢失分的部分。 因此，筆者結合山東交通職業學院參賽的經驗，對CS2000 系統實訓裝置的常見故障及處理進行總結。

1 CS2000 系統實訓裝置的主要構成

圖1 CS2000 控制對象流程圖

CS2000 裝置包括控制對象和控制臺兩部分。 對象系統包含有不銹鋼儲水箱、 圓筒形有機玻璃上水箱、 中水箱、下水箱、單相功率為2kW 的電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式外循環不銹鋼冷卻夾套組成）。 內膽由電加熱器提供熱源，由一路供水系統提供水源，其內裝有防干燒裝置以確保設備安全， 夾套由另一路供水系統提供水源。 通過改變電加熱器的加熱功率來控制鍋爐內膽和夾套水溫。 強制對流換熱器的熱水由鍋爐內膽提供，并且構成循環；冷卻水由一路供水系統提供。

系統動力支路由兩路組成：一路由循環水泵、調節閥、孔板流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成，另一路由循環水泵、變頻調速器、渦輪流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成。 裝置檢測變送和執行元件有液位傳感器、溫度傳感器、渦輪流量計、電磁流量計、壓力表、調節閥等。 其控制對象流程圖如圖1 所示。

2 DCS 系統裝置流程概述

CS2000 系統實訓裝置中包含了各種儀表及設備，可以對現場的水箱液位、管道中的流量、鍋爐的內膽或夾套溫度、水箱中的壓力等信號進行采集。 此裝置涵蓋了主要的熱工參數，可以構成一階水箱液位控制系統、二階雙容水箱液位串級控制系統、液位流量串級控制系統、鍋爐內膽夾套溫度串級控制系統等，為自動化類專業的實訓教學提供了很好的教學實踐條件。

CS2000 系統實訓裝置通過線纜與現場控制站連接[2]，現場控制站將現場設備采集到的信號傳送到操作站或工程師站，工程師站也可以對控制站下發控制信號。

現場控制站主要有機柜、機籠、電源模塊及各類卡件。可以在工程師站上進行相關的組態，組態完成后，編譯、下載到控制站，或者發布組態到操作員站[3]，最后進行系統的聯合調試、運行。

3 主要常見故障現象

從日常的實踐教學與化工儀表大賽指導角度出發，總結幾個著重注意的方面，供大家以后在該類大賽以及平時的實訓教學過程中參考。 集散控制系統集4C 技術于一體，廣泛應用于化工自動化生產之中，對生產過程能實現很好的監視與控制作用，掌握CS2000 系統實訓裝置的典型故障，對分布式控制系統的優化及改進也有較為重要的意義[4-5]。

CS2000 裝置常用到的基本查故障工具， 主要有電壓表、一字改錐、十字改錐、內六角扳手、剝線鉗等。 對于化工儀表大賽中設置的故障主要有兩大類：電源類故障與信號類故障。

3.1 電源類故障

對于電源類故障， 特別是設備類電源故障。 針對CS2000 實訓裝置， 明確各個設備的供電條件， 威樂泵220VAC，電動單座調節閥220VAC，渦輪流量計24VDC，孔板流量計24VDC，壓力變送器24VDC。

電源類故障大致分為泵電源類故障、 電動調節閥故障以及壓力變送器電源類故障等。

1）泵電源類故障：火線與零線接反，造成泵電源類故障。 現象：泵不轉動、不工作。 處理方式：火線跟零線調整正接。 泵電源線斷電，造成泵電源類故障。 現象：泵不工作。處理方式：火線跟零線調整正接。泵如果長期不使用，也會造成軸承故障。

2）電動調節閥故障：電源線斷線。 現象：電動調節閥無顯示。 處理方式：將電動調節閥的電源線重新接線。

3）壓力變送器電源線斷線：液位信號不顯示。電源類故障，具體總結如表1 所示。

表1 電源類故障總結

3.2 信號類故障

CS2000 裝置中常見典型故障， 除了電源故障外還有信號類故障，主要的信號類故障有：

1）泵信號故障，泵信號線斷線。

2）電動調節閥，信號線斷線。

3）壓力變送器調零誤差過大，造成的液位信號不準確。

4）Pt100 熱電阻選型錯誤，溫度信號異常；Pt100 溫度變送器線路故障。

5）K 型熱電偶接線或線路故障，如斷線造成的溫度信號異常。

另外，在CS2000 系統實訓裝置的控制站中，主要有主控制卡、數據轉發卡、I/O 卡件；在具體的實訓過程中會出現卡件故障，主控制卡故障主要有跳線故障、冗余設置故障、數據通信故障；數據轉發卡故障主要有跳線故障、冗余設置故障、數據通信故障；I/O 卡件，配電跳線設置故障、冗余跳線故障[6-8]。主控制卡有XP243；數據轉發卡主要有XP233；I/O 卡件比較常用的有電流輸入卡件XP313、電壓輸入卡件XP314、熱電阻輸入卡件XP316、模擬量輸入卡件XP322、模擬量輸出卡件XP335。

信號故障現象、原因分析及具體處理方式如表2 所示。

表2 信號類故障總結

3.3 其他類故障

對于通信設置故障， 可以觀察各個卡件的面板指示燈，判斷是否通信正常。

1）主控制卡或數據轉發卡故障。

2）保險絲故障。

4 結論

本文重點總結了CS2000 系統實訓裝置比較常見的故障，尤其是全國職業院校化工儀表大賽類的故障。 近幾年隨著集散控制系統的高速發展，DCS 系統的高階控制規律、網絡的開放性以及系統的故障排查率是影響整個系統的重要因素[9-10]。職業院校集散控制系統的實驗裝置，尤其是故障率，其是造成系統不能運行的關鍵因素。 本文以浙大中控組態軟件JX-300XP 與CS2000 系統實訓裝置的具體通訊流程為實例，將常見的故障進行了分類，對相關的故障現象進行了分析，結合具體現象給出了故障處理方案，為集散控制系統裝置的故障排查，實訓過程調試與運行，積累了一定的經驗。