浅谈DCS系统信号故障的排查

□□ ，

(同煤集团 建材有限责任公司，山西 怀仁 038300)

引言

集散控制系统(Distributed Control system，DCS)是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。自20世纪70年代中期第1套集散控制系统问世以来，已经在工业控制领域得到了广泛应用。集散控制系统的故障排查可以分为两个大的部分，一是微处理器以外部分的故障排查，二是微处理器PLC的故障排查。PLC作为工业自动化的先进控制装置，具有性能优越、操作简便、维护量小等优点。本文阐述了在实际工作中DCS系统的常见故障及解决办法，就如何利用PLC电控原理及工作状态信息对故障现象综合分析和逻辑判断进行了探讨。

1 线路故障分析及排除

PLC以外线路部分的故障排查，可采用分段分析法与现象分析法相结合的方式来判断是哪部分出现了问题。

DCS控制系统简单来讲可分为开关量控制和模拟量控制，生产过程中的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作事件的数据，而各种操作信息也通过分散过程控制装置送到执行机构，在分散过程控制装置内进行模拟量与数字量的相互转换。以施耐德公司Modicon旗下的Quantum系统为例，开关量经转化以24 V电压信号表示，模拟量以4～20 mA的电流信号表示。图1为我公司DCS系统配置图。

首先，子站收集的电信号经过各个子站PLC的处理转化为数字量信号，通过光缆传送至中央控制室的操作站上，操作站通过人机交互界面得到现场各个设备的信息，再通过操作站发送操作指令，指令经过PLC子站将数字化信号转化为电信号传送到现场控制装置，对设备进行操作。

图1 集散控制系统(DCS)配置示意图

分段分析法可以将子站与操作站之间的部分作为分段1，子站内部作为分段2，子站与现场控制设备之间的部分作为分段3。

分段1的功能是对所有信号的传输。如果出现局部子站信号全部丢失的现象，则可以判断为分段1或者各子站电源问题。由于组网方式多种多样，必须根据不同的组网方式来判断，光纤环网是可靠性比较高的组网方式，任何一段出现断裂都不会影响网络传输，而同时出现断裂的几率又十分微小，所以，当出现局部子站信号全部丢失的情况时，多数是由于PLC电源故障。UPS作为向PLC提供不间断电源的设备，必须保持良好的运行状态，必须经常检查，并做好设备维护记录，对出现的问题必须及时解决，这是关系到设备能否正常运行的关键。如果组网方式为星型网络，由于这种组网方式的可靠性比较低，任何一点出现断裂都会导致一个子站的信号出现问题，出现此问题时就必须考虑是否是分段1的问题。对断裂点必须及时熔接，或者考虑使用备用线路。

如果出现个别信号丢失，可以考虑为分段3的问题。例如某电机的备妥信号丢失，可以先从分段3输出端开始检查，用万用表量测是否有输出电压以及输出电压是否正常，如果没有电压，则是分段3的问题，然后再考虑是否是设备现场接触器失效或者接触有松动造成的，可以对接触器进行清理，检查接触器是否损坏，若有损坏则更换接触器，若无损坏则检查分段3的线路或者接触器底座；如果分段3输出端有电压且电压正常，则是分段2的问题，可以检查PLC的内部通道是否正常。内部通道可以通过短接信号来检查，就是将正常的信号接到此通道上，看上位机上的信号是否显示正常，如果正常则通道没问题，如果不正常则考虑通道问题。如果是开关量信号，则需检查中间继电器是否烧坏、继电器底座是否接触不良等。如果是模拟量信号，则检查信号隔离器是否正常，可通过对比隔离器输入输出电流的方法进行检查，若存在微小差别，可以视为操作误差；若出现大的差别，则隔离器不正常。若隔离器正常，则采取更换正常信号通道的方式再对比之前的结果，如果信号恢复正常，则是通道问题；若信号与之前的情况相同，则说明通道正常，再考虑其他干扰问题。

如果出现某一子站一类信号丢失，例如开关量信号全部丢失，则考虑控制电源是否出现问题。

2 PLC及主要元器件故障

PLC作为控制器，因其微处理器采用的电路简单、逻辑处理迅速等特点，被广泛应用于现代自动化控制中，特别适合于复杂的逻辑控制、工业监控、设备安全保护等方面。由于它是以弱电信号工作的电子设备，因而也就不可避免地存在着适应环境能力差的固有弱点。PLC的优点之一是具有高度的可靠性，制造厂家采取了各种措施来提高可靠性，使机器的无故障时间可达到4万h～5万h，但无故障时间长并不等于绝对无故障，如果使用不当或环境条件恶化，会增加故障率。这样对PLC常见故障现象的综合分析和逻辑判断就尤为重要，可对故障的排除起到至关重要的作用[1]。

2.1 故障分类和诊断流程

由于PLC种类繁多，各种PLC的故障现象也不尽相同，根据自己在日常工作中遇到或了解到的PLC故障现象和原因，一般情况下PLC的常见故障主要有：程序不执行；CPU死机;输入输出单元不工作；程序内容发生改变等。

2.2 故障诊断要点

2.2.1 CPU发生异常

首先，查看上位机与CPU的连接是否正常、稳定，在排除线路问题的情况下，应检查CPU的IP地址是否丢失，若丢失应再次设定IP地址；其次，检查为CPU提供稳定电源的UPS是否发生异常，输出电压是否在正常范围内，是否因长时间使用而导致电池电量过低，或者是使用寿命已到期，为CPU保存内部程序的电池是否正常工作，是否还有足够的电量，CPU是否出现过断电现象，若CPU断电会导致程序丢失，应重新下装程序；再次，检查CPU与背板之间是否有松动，若有应及时紧固。

2.2.2 程序存储器故障[2]

程序存储器异常时，如果是程序存储器的问题，在重新下装程序后仍然会出现类似情况。如果这种情况是由于干扰引起的，则应做好隔离防护措施；若不是因干扰引起的，则应更换程序存储器。

2.2.3 输入输出单元不工作

对于输入输出单元故障，基本采用更换输入输出单元的方式来处理。若更换了输入输出单元后仍不工作，则考虑是线路及元器件底座或者电源问题。

本文仅就DCS系统的一些基本故障进行了分析，有些问题还有待于更深层次的研究。

参考文献：

[1] 赵圣国，万丽.PLC故障诊断与排除方法[J].中国新技术新产品，2009(6)：137-138.

[2] 张聚才.可编程控制器的故障分析及预防措施(二)[J].机床电器，1995(6)：35-39.

作者简介：解月林(1969-)，女，山西大同人，工程师，2011年7月毕业于太原科技大学电气工程及自动化专业，现从事DCS系统编程及日常维护工作。