自動化儀表 (DCS)常見故障以及預防性維護分析

李世彪

摘 要：近年來，有色冶煉產品對國民經濟發展的作用愈加突出，更加需要加強生產制備狀態下不同參數的把控，充分發揮出自動化儀表的功能優勢。自動化儀表在長時期使用中會顯露出一些問題，影響到有色冶煉產品質量。所以，準確了解自動化儀表故障，是制定合理處理策略的基礎。本文主要從自動化儀表（DCS）概況、生產中的DCS故障、DCS系統日常管理和故障防范和維護措施等方面展開分析，以作借鑒。

關鍵詞：自動化儀表（DCS）;常見故障;預防性維護

工業的快速發展，客觀上提高了機械設備的技術標準，尤其表現在有色冶煉產業自動化方面。日常的工業生產中，自動化儀表發生異常故障必然會對生產狀況造成影響，進而限制了冶煉企業的效益。所以，分析研究自動化儀表的故障問題，是更好地優化處理辦法的重要措施。

1自動化儀表（DCS）概況

1.1基本原理

近年來，自動化監控系統中廣泛使用自動儀表和自動化控制技術。DCS系統，簡稱分散控制系統，主要利用了通訊原理，以數據公路作為支撐DCS系統的主干，用于系統部件之間的通訊網絡，數據公路設計基本決定了系統的靈活性和安全性。與傳統技術相比，自動化儀表具備的連續工作和數據檢測功能，便于操作人員利用管理端的參數儀表報數，對系統進行控制;利用軟件編程保障系統地自動化處理，維護系統組件的正常運行，提高了設備利用率。自動化儀表的持續檢測功能，使系統運行質量明顯提升，在危險發生時，能夠立即啟動預警和報警裝置。

1.2應用優勢

DCS系統具有數據信息記錄功能，通電狀態下永久保存，能夠記憶不同狀態，進行數據處理，為實現連續性的有色冶煉生產和完整記憶奠定基礎，加強了生產全過程的控制。DCS系統逐漸加入同步、異步兩類通訊手段，同步通訊是以時鐘信號，對數據傳輸、接收狀態進行調節，而異步網絡未設置時鐘報告系統。

1.3主要功能

DCS系統，是儀表計算自動化的具體體現，使表計算速度、準確度明顯提升，計算功能更加強大。自動化儀表以此具備了復雜計算功能，使計算結果更為精確。儀表運行強調最值的明確化，從而簡化操作流程，大大提升了整體運轉效率，使儀表計算功能的應用優勢更加突出。有色冶煉產品基于電子計算機技術進行構造、特征、規律的分子設計，放大了綠色精細有色冶煉產品的關鍵因素，使生產過程安全、環保。

1.4故障監測與判斷能力

儀表需要對有色冶煉生產環節的數據信息完整記錄，優化了傳統有色冶煉設備以硬件設備為主、故障位置確定時間長的不足，將DCS系統的故障監測功能應用于儀表自動化，從而加入了微機處理系統，以便于對故障進行數據信息的科學分析，快速完成故障位置的確定，大大提升了故障排除與檢修效率，有利于設備運行故障發生后排查時間和檢修時間的大幅度縮減，使有色冶煉生產的平均效率明顯提升，例如，氣相或液相的色譜儀器利用色譜分離法科學分離化學混合物，使其中混雜的不同化學成分含量更加準確。

1.5計算能力和準確率

有色冶煉生產過程要求實時測試和計算各個階段的數據信息，線性處理、自檢校正、測量值與工程值轉換、抗干擾等都是測量器件可能出現的問題。在機械設備中合理安裝DCS系統，是這些問題的處理過程依靠應用軟件來完成，從而縮減了相關人員的工作量，使設備的處理能力更加完善，可以由自動化儀表完成檢索操作、數據處理記憶等功能，同時結合了設備內部微型計算機的保存功能，使數據存儲、記憶質量和運行效率等功能都有了大幅度提升，更加適應了機械設備的運行狀況。

2生產中的DCS故障

2.1人為因素導致

一是管理制度不完善。操作人員在電廠USB端口與輔助控制網不完全封閉的狀態下，與外部設備通過USB端口連接起來，會增大設備死機的可能性;如果在DCS未備份、POKI操作戰軟件未升級時，硬盤發生操作性失誤，系統運行發生癱瘓問題時常發生，中斷通訊網絡的正常運行。二是操作流程不規范。電廠XDPS系統內DEH故障發生后，不能準備相應的備品，會使故障器的更換時間明顯延緩;大修之后未作調整就沿用MEH邏輯的方式，往往會出現畫面顯示無效的狀況，人機接口站呈現數據閃頻問題。三是人員操作失誤，DCS繼電器的操作過程出現失誤，會造成鍋爐內的MFT發生跳閘問題;DCS卡件常會因為操作人員不能及時核查其中的跳線為引發，使卡件更新后已然出現燃燒問題。

2.2系統自身問題

一是DCS軟件問題。除氧器中的水位控制回路邏輯，是在修改高加水位控制邏輯后形成，不徹底修改情況，只會降低PID參數的準確性。二是系統接口問題。200MW電廠內，供電組會在并網過程中會設置一條傳輸線路于DEH與并網信號之間，導致機組運行期間抖動異常，引發汽輪機跳閘。三是系統配置問題。200MW電廠機組的DCS改造，在未計算出系統負荷率的情況下進行配置，會增大調試幾率，一般表現為90%以上，大于1分鐘的操作時間。四是控制器故障。300MW電廠機組的CPU運行故障發生時，會直接降低CPU切入主控的速度，使設備操作無法順利展開。五是網絡通訊故障。600MW電廠機組發生的汽輪機大擺動情況，M5控制器轉速降為Or/min，控制器的通訊過程中時常發生數據遺漏問題。

2.3系統電源故障

系統電源故障，會破壞自動化儀表的運行狀態，具體成因表現為為準備備用電源、插頭接觸不良、空開容量偏低，以及負載線路不適應、電路元件受損等情況。操作人員必須針對DCS系統的常見故障，制定相應的檢查機制，以便于空開容量和設備接線不良狀況的及時發現，做好電源和設備的清理工作;實時觀察電源運行和指示燈顯示，確定其運行狀態。

2.4系統運輸故障

DCS系統運行階段，儀表顯示數據要實時傳送系統系統，而新設備的不合理加入，會直接引發系統的傳輸故障，影響到動態數據服務器的更新效率，偏離系統運行的實際狀態。如此一來，設備死機，正常運行狀態很難保持下去。工作人員必須針對此問題，編制相應的DCS組態檢查計劃，盡可能地降低無效點的出現幾率。動態數據服務器在連接設備后，需要再次檢查接口，確保系統與設備軟件的應用版本相統一，不會影響正常運行。

2.5系統干擾故障

自動化儀表所處的復雜環境，使其更容易因外部干擾發生故障，主要表現為接地方式不正確、系統屏蔽故障幾種，導致系統運城參數錯誤，影響到設備運行的穩定性。為了更好地控制系統干擾故障，工作人員必須定期檢測接地系統狀況。儀表信號呈現大于4Ω的接地電阻值時，工作人員必須及時進行調整。一般情況下，DCS控制信號也會受到切換電源、大功率通訊設備的影響，做好屏蔽處理非常重要，同時干擾源所在區域要留有一定空間，以控制系統可能受到的干擾性。

3自動化儀表（DCS）的日常管理

儀器設備管理，基于企業生產所需不同的儀表數量、類型，采用分級量化方式，但會增大全面管理的難度。將儀表明確區分開來，是落實管理制度的重要基礎，對具體的任務要求和負責人都能逐一明確。

一級管理項目一般采用區域劃分方式，明確責任人及其任務范圍。二級項目管理的要求較高，與項目自身所需的儀表設備技術含量高直接相關，需要配備專業人員完成設備操作、檢查、測試等環節，最大程度地降低故障的發生幾率。方案設計要求區別對待儀表的各類問題，制定相應的預防措施，保障使用期限內設備的良好運轉。使用自動化儀表的具體年限，通常受所處環境的制約，加強使用環境管理十分重要，關注壓力值、溫度值的具體變化。

儀器設備的使用環境，基本決定了故障記錄和成因分析方式，并且做好相應的記錄工作，確保故障成因、處理措施等信息的完整性，便于后期的分析、判斷和處理。工作人員要對重要儀器建立專業的信息檔案，具體包含設備使用的周期、年限等信息，作為相關人員了解儀器使用狀況的重要資料，便于后期的維護和修理。

4 DCS系統故障防范和維護措施

4.1運行和啟停維護

工作人員要在系統停運時清理主機、機柜濾網、風扇等構件的殘留灰塵;逐一檢查DCS系統及其各個接口，再次處理其中的關鍵信號;在每一次的系統大修之后嚴格按照操作流程完成上電條件的確認;DCS系統要在機組檢修期間完成CPU、數據站、DPU、操作站等構件的復位處理;冗余檢測多個系統，如冗余電源、服務器、通訊網絡等;檢查設備的網絡運行、人機接口站、設備切換狀況，都要在停電狀態下完成。

設備運行故障發生后，技術人員要及時進行檢修維護，搶修、冒進都屬于不合理行為，將相應的防護、隔離措施落實到位。分析研究引發系統報警地因素和自診斷結果，準確判斷出故障的源頭所在，提升各項措施措施的可靠性。一旦大規模的出現運行故障，更換設備是主要的處理辦法，與相關人員保持良好溝通，便于異常故障的發現和處理。DCS故障的處理過程，必須在規則制度的要求內，完成跳線卡件的更換。

設備的日常維護，要求依照國家規章制度和行業指標落實相關流程，使管理DCS系統的制度體系完善化。整個過程要在電子間的封閉狀態下完成，濕度、純凈度、溫度都要符合空氣質量規范;機柜風扇需要由專業巡檢人員檢查一次，將工序流程和問題處理措施等情況都要記錄完整，維護風道內的通暢。系統良好的供電狀態，是確保電路設備電源正常供電的基礎，在故障發生時，由另一路警報啟動，防止發生系統停運狀況。

4.2設計與調試

編制故障緊急處理方案，要以設備特點和工況為基礎，合理設置手操裝置、操作站和緊急停電按鈕。系統調試要依照相關流程檢測回路和邏輯，使運行參數準確可靠。系統控制邏輯的分配要分散化，一個控制器內不能過于集中，以冗余配置方式進行關鍵控制器的分配。電源設計，強調設計人員的前期設計必須合理，結合負荷量大小，為兩路電源的獨立奠定基礎。DCS系統接口、關鍵部位接口、冗余度都需要電廠人員的高度重視;對其同周圍的干擾物要做好清理工作，為接地故障的及時處理提供保障。

4.3斷電處理

自動化儀表檢修，強調首先判斷出設備故障所在，以及具體的差異狀況。設備檢測必須在停電狀態下開展，確保儀器檢查深度符合預期要求。例如，檢查儀表接線是否正確，膠皮脫落、線路變形問題是否存在，是主要的判斷依據。檢測散熱和電壓器一類設備的運行狀況，防止設備因熱量過大影響運行狀態，一旦發現必須斷電檢修。

4.4測量數據信號

測量儀表信號可用的方式多樣，檢測人員必須以實際檢測狀況為基礎，合理選擇測量方式，掌握設備故障成因，制定相應的解決措施。而故障判斷準確率和工作效率的有效提升，工作人員可以利用混用多種檢測方式，使檢修過程更加專業化。

結束語

科技水平的快速提升和工業的飛速發展，使自動化儀表成為了有色冶煉產業日常生產中的必要設備，其應用范圍不斷拓寬。但是自動化儀表的長期使用，各種異常故障時常發生，進而影響到企業生產狀況，必須采取有效的檢測、維修措施，通過加強分析研究故障，提升應急預案的科學性，確保設備在使用周期內正常運轉，維護企業的生產效率，為企業的經濟效益最大化奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]孫永康.自動化儀表（DCS）常見故障以及預防性維護探析[J].百科論壇電子雜志，2020（10）：1876.

[2]劉建偉.煉化企業儀表自動化設備的預防性維護研究[J].科學技術創新，2019（22）：171-172.

[3]李彥.淺析有色金屬濕法冶煉工藝過程中的自動化儀表設計[J].中國金屬通報.2021，（02）：32-33.

[4]侯艷蘭.自動化儀表選型在有色冶煉循環水系統中的應用[J].礦產保護與利用.2012，（06）：55-57.