60万t／a联碱DCS控制系统应用及常见故障浅析

姜 彬，王 健

（1.大化集团大连化工股份有限公司，辽宁大连 116308；2.大化集团硝铵厂，辽宁大连 116308）

60万t／a联碱DCS控制系统应用及常见故障浅析

姜 彬1，王 健2

（1.大化集团大连化工股份有限公司，辽宁大连 116308；2.大化集团硝铵厂，辽宁大连 116308）

简要介绍了我公司60万t／a联碱DCS控制系统的结构、特性、应用、作用效果，分析了系统使用中出现故障的原因，且给出了处理方法和建议。

DCS控制系统；应用；实施效果；故障分析

2009年底，我公司在搬迁改造后投运DCS控制系统，现已成为生产、运行、操作的主要手段。我公司采用的是浙江中控技术有限公司生产的ECS—100集散控制系统，该系统满足了对碳化、滤过、压缩、煅烧、农铵、精铵、冰机、干铵、盐水等主辅设备运行实现集中管理和分散控制。该系统自动化程度高，人机对话界面友好，自投运以来系统整体优化比较稳定，保证了设备的安全经济运行。本文就DCS控制系统的特点、应用、系统结构等进行论述和解释，并就投运以来出现的部分故障进行初步分析，简要说明了处理方法。

1 DCS控制系统的组成结构及特点

1.1 ECS—100控制系统硬件组成

ECS—100控制系统硬件主要由工程师站、操作员站、控制站、交换机、电源箱、打印机、服务器、控制网、操作网、光纤、双绞线、光纤接续盒、机柜、机笼、电源柜、端子柜、各种I／O卡件及相关的端子排等组成。且采用双重化的冗余设计，冗余的通信网络、冗余的供电系统、互为备用的操作员站、冗余的主控制卡和高可靠性的输入和输出组件（I／O卡）保证了系统的可靠性。

1.2 系统软件组成

软件主要由Windows2000Professional中文授权版、实时监控软件、组态软件、OPC服务器软件组成。ECS—100操作系统是基于先进、可靠和成熟的Windows操作平台，Windows2000操作系统平台具有稳定、可靠的系统抗病毒能力。ECS—100系统软件是一套完善的软件，友好的人机界面，主要特点是：系统融合了最新的现场总线技术、嵌入式软件技术、先进控制技术与网络技术，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成。各种国内外DCS、PLC及现场智能设备都可以接入到ECS—100系统中，实现企业内部过程控制设备信息的共享。系统组态软件安装在工程师站上，满足系统各项功能的要求，可以实现基本的数据采集、模拟量控制、联锁保护、各种复杂的控制回路等功能。

1.3 系统的网络结构

ECS—100系统通信网络共有四成，分别是：管理信息网、过程信息网、过程控制网和I／O总线。它采用成熟的计算机网络通讯技术，构成高速的冗余数据传输网络，实现过程控制实时数据及历史数据的传送。

1.4 软件方面的应用

除了常规的工艺参数点、控制回路、报警、趋势和工艺流程图外，该组态软件在冰机机组和CO2压缩机组的联锁控制、CO2压缩机组防喘振、水平带滤机的顺控控制、氯化铵外冷器换热的斜坡控制、凝水回收主备泵的控制启动与停止等，表现出独有的特点，所有的控制全部采用模块化和ST语言编程来实现的。

2 DCS控制系统应用的效果

1）使用DCS控制系统，使计算机全面管理减少了繁重的现场统计报表，及时、准确地反馈系统动态运行的情况，各级管理对提供系统运行情况的信息及时的分析并作出诊断和决策。

2）现场操作控制自动化，减少人工劳动强度和人工控制的偏差波动，稳定生产运行周期，提高生产效率。

3）实现生产管理现代化，对生产过程的原料利用、设备使用、作业计划等方面进行合理优化，对生产过程控制产品的消耗、产量、质量等进行及时的分析和处理。

4）利用计算机的平台进行工艺指标竞赛、工艺查定的数据分析与计算，提高工作效率。

5）仪表的日常维护便捷、快速，维护工作量大大减少。

6）保证整个企业生产数据的准确性和一致性，为各类工程技术人员不同要求的检索和信息提供保证。

3 日常出现的主要故障和原因分析

DCS控制系统自投运以来从整体上来说是比较稳定的，在组态和现场安装调试期间所暴露出来的问题，在DCS厂家技术人员的配合下大都得到及时的解决，但是随着DCS系统的硬件和软件的长时间运行以及工艺控制系统节点的不断增加和壮大，再加上软件的升级，使系统所暴露出的问题也很突出，所涉及的有软件方面，也有硬件方面的。具体总结如下：

3.1 电源故障

本套DCS系统采用双路供电方式，一路为市电供电（我公司给DCS供电的市电是双路互投的，即一路市电故障则通过电气互投箱自动转为另一路的）；而另一路为UPS供电。任何一路电源的故障都不会影响到控制机柜内的卡件正常工作。主要常见的电源故障有：电气互投箱电源不能互投备用，原因就是互投箱问题，互投箱设定错误或者坏掉。另外重点就是UPS电源问题，DCS自投运以来出现电源问题基本都是UPS造成的，由于我厂的岗位粉尘大、夏天潮湿、氯氨等介质腐蚀性大，虽然DCS机柜室环境较好，但是长时间湿气、腐蚀性气体极易进到机柜室，而UPS电源主机密封性差的特点，所以常常导致UPS电源主机故障，常见的UPS电源主机报警、不能正常切换备用，甚至主板短路烧毁不能工作，导致整个机柜室总电源跳闸保护。为了解决这一问题，我们首先把进入机柜室的电缆槽口用发泡剂封死，阻止腐蚀性气体进入到机柜室，通过空调控制机柜室温度，保证机柜室温度为正常室温（18～24℃），保证机柜室干净卫生且干燥，经常吹扫UPS电源，经常有计划对UPS电源进行检查，多备用UPS电源，通过这些措施就解决了UPS电源的故障。

3.2 操作员站故障

我厂的各工序操作员站和控制站均分布在各个工序，然后通过光纤上传到总控调度室。从日常的维护来看主要有以下故障：

1）操作员站死机、故障停机无法启动。主要原因有机器长时间工作负荷大、测点多、误操作、中病毒、内部组态软件程序命令冲突、环境温度高而风扇冷却跟不上等造成的死机。解决的常用办法就是对该操作员站重新启动，或者重装系统和组态软件，重新下载组态和传送。由于我公司的操作员站都是冗余的，所以不影响生产操作。对于故障停机无法启动的大都是因为环境的潮湿造成的主板坏掉、或者主机电源、硬盘、显卡、内存等故障。常常通过更换备品来解决的，另外特注重操作员站的环境卫生，要保证干燥，经常吹扫操作员站，降低其故障率。

2）鼠标和操作员键盘不能正常工作。主要原因就是操作频繁，使用不当，接触不良，环境粉尘大等造成的。出现这种情况大都是重新插拔或者更换备品加以解决的。主要是要注重日常的使用和保养。

3.3 网络通讯故障

由于长时间使用，有时出现上下位机不能通讯，主机与操作员站不通讯，冗余网络无法切换等。主要原因就是双绞线插头接触不良、松动或者断线，光纤断裂，交换机故障等。针对这些问题都是通过更换双绞线、光纤或者交换机来实现的。而且要特别注意双绞线和光纤的日常保护。

3.4 机柜里卡件、端子板故障

常见的有主控卡、数据转发卡、I／O卡件、接线端子板的问题。自DCS投运以来发现的故障原因主要是现场的振动、粉尘大、潮湿、温度高所造成的。解决办法就是重新插拔、更换备品来处理的或者用其它没有坏的接线端子板备用通道。对于坏的卡件只有返厂维修。平常要做足卡件备品，经常在大修期间对机柜进行停电吹扫卡件，要严格控制机柜室的温度和湿度。

4 DCS系统的日常维护要求

通过我公司的DCS系统运行经验来看，要保证DCS系统更好的服务于生产，必须得加强DCS系统的日常维护，因此总结以下要求：

4.1 保持室内清洁

1）控制柜内应处于封闭状态，减少粉尘进入；

2）环境温度18～24℃，温度变化率≤5℃／h；

3）相对湿度45%～70%，在任何情况下，不允许结露。冬季相对湿度不能维持在此范围内时，最低值应以不产生静电为宜；

4）装置运行时，控制柜内不允许存在明显的磁场和强烈的机械震动，不允许使用产生电磁干扰的设备。

4.2 供电系统参数

1）集散控制系统电源应由UPS提供；

2）电压波动＜10%额定电压。

4.3 日常维护、巡检要求

日常巡检要求，巡检周期每日一次，认真填写巡检记录，检查内容如下：

1）机柜间的环境温度和湿度符合4.1项要求，空调运行正常；

2）查看机柜间温度，正常运行时温度应在25℃左右；

3）主控单元及机柜滤网的清洁和完好程度；

4）控制柜顶部风扇应运转良好，无异音；

5）UPS运行正常，无报警；

6）模块运行指示灯状态正常；

7）互为冗余的两主控单元或服务器应为一主一备状态；

8）操作员站和工程师站运行正常，无死机和花屏现象；

9）查询历史记录有无异常情况发生。

［1］ 王森，朱炳兴.仪表工［M］.北京：化学工业出版社，1992

［2］ 浙江中控技术有限公司.WebField ECS—100系统使用手册［M］.

TP 273；TQ 114.162

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