DCS系统在运行中常见故障的检测及处理

摘 要：根据中国平煤神马集团坑口电厂DCS系统及相关现场设备在运行中出现的各种故障，总结出DCS系统及相关现场设备在运行过程中易出现的故障、检查及处理措施。

关键词：DCS系统;故障;检测;处理

DCS（Distributed Control System）即分散控制系统，廣泛应用在石油、化工、电力、冶金、轻工等生产领域。DCS系统作为工业生产的中枢神经部分，它的连续、平稳、可靠运行是实现装置长周期运行的必要条件。因此，DCS系统在运行中常见故障的检测及处理就成了DCS维护人员面对的基本问题。

面对不同厂家的产品，我们根据DCS的工作原理，摸索出了一套快速检测DCS系统在运行中的故障及处理方法。

1 DCS系统的工作原理

工程应用中，DCS只是相当于人的大脑，它收集信息、做出判断、发出指令，而这些信息的来源和指令的实现则必须依靠各种现场设备。例如通过现场来的AI、DI信号收集现场信息，在DCS内部进行逻辑判断，然后由DCS或值班员将AO、DO信号发出，设备在现场收到AO、DO信号后进行执行。DCS在运行中，通过对各种输入输出信号的处理实现对各种生产过程的监视和控制。

1.1 AI信号传递的流程（以热电偶测温显示为例）

热电偶在温度发生变化时，热电偶接线端子测得的电压（mV）同时会发生变化。变化的电压信号经电缆送入热电偶专用模块，该专用模块将电压（mV）信号转化为数字信号然后经过DP通信线传入DCS主控单元，主控单元内的专用软件（各种类型的模块在主控单元软件内都有专门对应的地址和转换函数）接收该数字信号后由专门用于转换热电偶信号的函数模块将数字信号还原为现场实际测得的温度信号。

在操作员站画面上显示各测点值，需要将主控单元内的数据传输到每台操作员站，我们将主控单元和操作员站之间通过以太网连接，并且在操作员站内部建立服务器专门用于和主控单元通信，在操作员站服务器上建立与主控单元内相对应的数据库，再经过一定的上层和下层通信软件就可以将主控单元的数据传输给服务器了，服务器接收数据后，再经过专用图形软件将该温度真实还原在画面并能实时变化，这样就完成了整个数据的采集和显示。

1.2 AO信号传递的流程（以阀门开度设定为例）

AO信号的传输是AI信号传入的反向过程。当操作员在画面上将一次风机入口门开到50%时，50%作为数字信号由操作员站经以太网进入主控单元，然后在主控单元经过转换成一定进制的数字信号传输给专门的AO输出模块，再经过AO输出模块转换成一定的电流信号，通过模块与现场电气回路来控制设备开到50%。

1.3 DI信号传递的流程（以开关阀的关状态反馈为例）

当现场的开关阀关到位以后，关到位行程开关的干接点（一般DCS的开关量输入都是干接点）闭合，将DI信号返回DI模块，然后由主控单元通过以太网传输到操作员画面，告诉操作员该开关已经按照要求关闭。

1.4 DO信号传递的流程（以开电动门为例）

DO画面点击开电动门按钮后，发出一个脉冲信号，该信号通过以太网进入主控单元，然后从主控单元经DP通信线进入DO模块，在由DO模块传输给相应的继电器，通过继电器输出电信号来控制电气回路最终导致电路接通，现场电动门开始动作。

2 DCS系统故障的检测

系统出现故障时，首先要判断出故障是发生在DCS、外围输入输出设备，或是连线上。根据现场维护经验，系统常见典型的故障有以下几类：AI信号显示异常、DI信号显示异常、AO信号输出异常、DO信号输出异常。

2.1 AI信号显示异常

AI信号显示包括数据不准、不波动、不显示等情况，它可能由于现场仪表引起，也可能由于DCS引起，可采取的判断方法有：

2.1.1 检查DCS的通道。用信号发生器模拟标准信号接入显示异常信号的通道测试，或将另一同类型显示正常的信号线缆改接到该通道测试，若正常表明DCS通道正常，若不正常则表明DCS通道故障。

2.2 DI信号显示异常

DI信号主要由现场的干接点输入到DCS的，可采取的判断方法有：

2.2.1 检查DCS的通道。用短接线接入显示异常信号的通道测试，或将另一同类型显示正常的信号线缆改接到该通道测试，若正常表明DCS通道正常，若不正常则表明DCS通道故障。

2.2.2 检查现场来的信号及线路。拆下现场输入的二根导线，用万用表的电阻档，实测是否有与现场设备状态一致的通断信号，若有表明现场正常，若没有表明现场设备或线路故障。

2.3 AO信号输出异常

2.3.1 检查DCS的通道。拆下去现场的二根导线，将万用表调至mA档接入通道，实测是否有4～20mA的标准信号，若有表明DCS通道正常，若没有表明DCS通道故障。

2.3.2 检查去现场的信号及线路。拆下去现场的二根导线，用信号发生器模拟标准信号接入输出的二根导线，检查现场设备能否正常动作，若能表明现场正常，若不能表明现场设备或线路故障。

2.4 DO信号输出异常

DCS的DO信号控制的是继电器的线圈，可采取的判断方法有：

2.4.1 检查DCS的通道及继电器。拆下去现场的二根导线，将万用表调至电阻档接入继电器的接点，实测是否有正常的通断信号，若有表明DCS通道及继电器正常，若没有表明DCS通道及继电器故障。

2.4.2 检查去现场的信号及线路。拆下去现场输出的二根导线，用短接线短接输出的二根导线，检查现场设备能否正常动作，若能表明现场正常，若不能表明现场设备或线路故障。

3 DCS系统故障的处理

判断出故障是发生在DCS系统内部还是在外围设备或是连线上后，就可对症下药，迅速排除故障。如果是DCS的问题，可以更换通道、检查逻辑等处理;如果是现场设备及线路的问题，可以进行更换现场设备、线路等，或对现场做进一步的检查。

在处理故障中应注意以下问题：

（1）对在系统联锁、保护、自动中使用的AI、DI点，在处理前应将相应的联锁、保护、自动解除、或是对相应的测点进行强制，然后方可进行处理。

（2）对于外供电回路，在拆除卡件现场侧接线时，应先将外围设备电源切除，或拆除后用绝缘胶布对每根线分开进行包裹，防止短路发生。

总之，虽然DCS产品的生产厂家众多，设计不尽相同，功能和特点也各有千秋，但是DCS的工作原理却大致相同。掌握DCS的基本工作原理，通过对DCS本身和现场设备的检测判断，就能快速对DCS系统在运行中出现的故障进行处理。

作者简介：吕红义、1983.2、男、河南省平顶山市人、本科、助理工程师、中国平煤神马集团坑口电厂、发供电、热工仪表。