分布式控制系统在工业生产中常见的故障和原因分析

张利超　任磊

摘 要：在当前的工业生产中，分布式控制系统以其优越的性能、良好的控制方案、精准的过程控制等一系列优势，在诸多的控制系统中脱颖而出，迅速占据了各种工业生产的控制领域。但在应用的同时，及时解决出现的各种故障是保证工业生产顺利进行的保障。

关键词：控制；应用；故障；原因

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.023

1 发展历史

分布式控制系统（Distributed Control System）即DCS系统。自八十年代以来，随着计算机技术的不断发展，控制系统依靠强大的技术支持，将现代科技很好的融合在一起，尤其是以通信技术、智能仪表技术、控制技术、分布式技术、自动化技术以及计算机技术为核心的高科技领域，将工业仪表快速带向集成化、多样化、高性能化、系统化的发展道路。进入二十一世纪以来，随着微电子技术快速发展，处理器功能有了质的飞跃，市场需求不断扩大，随之产生了新一代的分布式控制系统。新的控制系统除了处理功能非常强大，另外产品的功能也进一步丰富，处理单元更加小型化、模块化、标准化；用户端由之前的人工化转由计算机内部控制的半自动化、自动化，人机界面更加友好，通信能力大大加强，数据管理能力进一步完善，可靠性进一步提高，系统的可适应性和处理模块数量的灵活性大大增强。国际上尤其是以西门子公司和霍尼韦尔公司（Honeywell）为代表，面向全球不断推出先进的控制理念和控制方式，目前国内主流公司主要有和利时（HollySys）和浙大中控（Supon）两家。

所以说分布式控制系统就是一套高集成度的信息管理系统。

2 结构组成

DCS系统主要由硬件和软件两部分组成。

硬件包括：控制器（CPU）、I/O卡件、服务器、工程师站、操作员站、交换机、电源、隔离栅、继电器和内部通信总线等硬件组成。

软件包括：组态软件、看门狗等相关软件。

3 功能特点

（1）DCS系统具有很高的灵活性与扩展性。首先，具有先进的过程操作画面；包括动态流程画面、控制回路画面、总貌画面、报警画面、、趋势记录画面等。其次，运算功能强大；能同步无扰下装实时数据、动态显示工艺参数、历史趋势、报表打印、数据显示和报警功能，从而实现对工艺生产全过程的集中监视、分散控制和统一管理。再次，DCS 系统的各种模块能够支持热拔插，减少了非故障停机次数，同时又可以对智能仪表进行在线修改参数 这些都是常规仪表所不具备的或需要经过复杂的组合才能实现的。

（2）可靠性高。DCS系统可分别由多台计算机进行独立控制，各个计算机之间、与控制站之间都采用网络方式进行实时通信，互不影响。同时，上层控制站内部控制器都采用内部冗余结构（包括通信总线，控制卡，分配卡，电源等），来确保系统的正常运行。

（3）控制方法丰富。DCS发展到现在，内部控制算法已经极大的丰富，包括常用的逻辑运算、功能处理模块、顺控模块，并且可结合用户生产的实际情况进行自定义模块的封装、下装、仿真等功能，同时在组态中可以根据实际情况加入串级、自动、手动等特殊的控制算法功能。

（4）可接受来自其他软件的信号。例如西门子PLC-200，DCS要读取PLC上的I/O点，就可以加入信号转换模块进行信号转换，同时以地址的方式进行寻址读取，并进行相关的组态。

4 常见故障

4.1 硬件原因

由于工业生产的连续性，DCS一直保持着运行状态，其内部的硬件，尤其是上层控制单元，特别是电源和I/O模块长时间处于在线状态，老化速度加快。再加上部分运行环境比较恶劣，粉尘、震动、强腐蚀、高温度、大湿度等都会加速硬件的老化，从而导致信号输出失效，比如通道坏死、模块突然掉电等；但此类故障很局限，不会造成大范围的影响。

4.2 软件原因

软件在开始运行之后，尤其是调试阶段频繁的修改下装和点数的增加，会使CPU的运行负荷急速上升，可能会出现组态软件死机或者报错等情况，这时不可避免的。在正常的运行后，因为软件原因出现故障的几率很低，但也会出现。

4.3 其他原因

在系统运行中，操作人员的误操作、厂家培训不到位、维护人员的责任心不强、管理上的缺陷等都是影响系统正常运行的因素。

5 解决办法

（1）加强控制室的管理；保持好控制室的卫生，温度、湿度控制在相对稳定的范围内，尤其夏季要增开空调来降温。非相关人员未经授权不得随意操作。系统组态要进行及时更新备份，防止意外的发生。定期对联锁装置进行测试（必须在切除联锁之后）、报警测试等相关紧急状态的检查。相关人员未经授权不得随意更改和下装数据，避免发生意外。

（2）DCS系统机柜要建立良好的接地，机柜必须安装钢制底座。设备接地和安全地都必须满足规范可靠接地，保证接地电阻小于4Ω，同时机柜室要铺设静电地板，以消除静电对系统的干扰。机柜周围严禁出现强磁场物体，同时信号电缆都必须带有屏蔽层，并都要和机柜的接地可靠连接。

（3）定期对相关技术人员进行专业培训，加强相关的学习，对发现的问题及时上报。定期进行隐患排查并进行记录，并对出现的问题进行统一归类。对发生频率高的问题，要想办法进行改造，避免向严重发展。

参考文献：

[1]赵华杰.DCS系统维护常见问题分析[J].自动化与仪器仪表，2012.

[2]程永红，秦东亮，李勇.DCS系统故障分析处理及维护防范措施[J].中国仪器仪表，2011.

[3]王常力.分布式控制系统的现状与发展[J].电气时代，2004.