浅谈横河DCS系统的运行维护

刘现朝

(洛阳炼化宏达实业有限责任公司，河南 洛阳 471012)

随着工业自动化技术的快速发展，DCS系统开始大规模进入流程工业控制领域，尤其在危化品生产领域，生产装置配备自动化控制系统是被写进法规的。同时DCS系统是整个生产装置的仪表系统核心，因此对其进行精心、细致、安全的维护，是保证DCS系统安全、稳定、高效运行的前提，也是装置平稳、优质生产的先决条件之一。本文对横河DCS系统的运行维护进行经验总结，并对DCS系统的升级改造中需注意的细节进行阐述。

1 横河DCS系统的硬件结构及其工作原理

目前，公司用的横河DCS系统有两个版本，分别是CS3000R3.09和CENTUMVPR5.04，这两个版本的DCS系统在硬件构成上基本一致，只是所支持的操作系统和上位机界面风格有所不同。

横河DCS系统硬件主要有：现场控制站(FCS)、操作员站(HIS)和二层网络交换机组成。

FCS：现场控制站，负责现场仪表的信号采集、逻辑运算、执行指令，是整个DCS系统的控制核心。

HIS/ENG：操作员站/工程师站，操作员站负责显示生产流程图、实时数据、开关状态、阀位状态、设备运行状态等基本功能，还有控制分组、报表、历史趋势、系统状态等高级功能。工程师站除了具备操作员站功能之外，还具备工程组态(硬件组态、控制回路组态、报表组态、历史趋势组态、流程图画面组态等)、系统下装、调整参数备份、项目备份等功能。

网络交换机：负责DCS系统中FCS和HIS的数据交换和组网功能，其中系统中的所有站均为双网设置，即BUS1控制网用于传输控制数据；BUS2除了用于传输控制数据，同时兼具开放网功能，能够实现操作站之间、操作站与外部系统之间的数据交换通讯。

FCS的CPU、电源模块也为冗余配置，能够实现实时切换，以上设备中，任意一台设备出现故障均不会导致系统无法完全运行，同时生产操作命令均可在一台操作站上统一下达，从而实现了该系统的分布控制、集中管理的功能。

横河DCS系统是以域来划分系统设备的，一个域最少应设有一个FCS和一个HIS，最多可以有64个站，其中FCS不得超过16个。如果多个系统需要连接，则须通过三层网络交换机实现拓展，最多可以拓展到256个域，三层交换机的选购应以横河推荐的为准，如CISCO、赫斯曼、DELL等，若是其他未经过横河测试的交换机，会出现数据丢包、链路不通等问题。

2 系统日常巡检与相关检修的注意事项

系统巡检是仪表人员日常巡检的一项重要内容，每天应对DCS控制室进行巡回检查。

2.1 DCS机柜间的巡检

①DCS机柜间的温度、湿度。其中环境温度18～24 ℃，温度变化率≤5 ℃/h；相对湿度40%～70%，在任何情况下，不允许有凝露。②电源运行情况。横河DCS系统每个节点(Node)均为双电源供电，一路为市电，另一路为UPS供电。应查看每个节点的两个电源模块是否均工作正常，再查看UPS工作状态是否正常(目前UPS电源均采用在线工作模式)，有无报警(我公司DCS系统UPS电源为山特Castle系列)。检查各卡件和网络交换机指示灯是否正常，一般卡件出现红色、橙色指示灯闪烁或者常亮均可判断为系统出现故障，应上报仪表管理工程师进行进一步判断处理。

2.2 操作站及工程师站的巡检

检查操作站各画面切换情况，有无切换迟钝、白屏现象，如有需对电脑进行重启；检查各测点数据情况，如出现“****”，说明该仪表未组态，此种情况多出现在调试阶段，或者该操作站掉线，所有仪表均会显示“****”，此时应检查该操作站的网络接线是否良好；检查操作员键盘工作是否正常，有无设定值无法输入情况，如有检查操作员级别，OFFUSER级别只能查看，无法操作。工程师站巡检除了以上内容还应检查系统硬件状态、网络状态、报表功能、长趋势功能是否正常，有无系统报警等。

2.3 与电气专业有关的检修注意事项

DCS系统往往需要接入很多电气设备的运行状态、控制指令等信号，如电气设备的运行状态、设备停机信号、变频器的频率反馈、给定等信号。在与电气专业有关联的类似检修作业过程中，则要注意以下几个方面：①凡是与电气设备有关的开关量型号，必须加中间继电器。电气设备的运行信号多为无源的常开或常闭信号，而电气设备的启动、停止命令因为必须接入电气侧的控制回路，这些控制点必定会串入220 V的交流电，DCS系统的DI、DO卡件的供电及回路电压基本都是24 V直流电。一旦将信号接反极易烧毁接线端子板，甚至是卡件，因此必须加入中间继电器进行隔离。②电气、仪表工作人员必须协同工作，再三确保信号线、信号类型、有源无源等准确无误后，方可接入控制回路，送电，测电压，最后联调。③变频器的变频范围为0～50 Hz，对应DCS系统的输出为0～100%，而很多电气设备是不可能在15 Hz或者以下范围工作的(低频状态下会造成设备损坏)，因此需对DCS系统的频率给定输出进行限制，或者由电气侧在变频器上进行限制。

3 DCS系统涉及的定期作业

DCS系统维护的定期作业大致有四部分内容：

①定期对操作站、工程师站进行重启。应每月进行一次，主要目的是为了清理系统缓存，释放内存，减少死机、白屏、画面切换迟钝等情况的发生。

②定期对工程师站进行工程项目文件备份。每次组态修改后进行备份(当执行重大检修作业时，检修前还应对调整参数进行备份)。

③定期对操作站、工程师站进行清灰操作。应每年进行一次，主要是为了清理操作站主机内部灰尘，系统硬件整体断电并启动，验证系统硬件健康情况，主动发现操作站软、硬件故障。系统操作站属于7×24 h不间断运行，每天都有大量的数据读入和写出，因此系统操作站的正常运行寿命为3～5年，公司两套横河DCS系统操作站分别在2012年、2015年投入使用，均达到或超过厂家建议的正常运行寿命，另外公司的内操室基本处于完全开放状态，人流量大，无防尘措施，主机内部的灰尘积聚情况也比较严重。

操作站故障统计如表1所示。

表1 操作站故障统计

从表1可知，系统操作站长时间运行后，硬件故障的几率明显升高。定期对主机进行重新冷启动、内部清扫操作，可以有准备、有目的地发现一些带病运行的操作站，从而提前维修。主机硬盘的故障率最高，应在重要的主机上进行硬盘RAID，尤其是存放工程文件、长趋势数据、报表等数据的工程师站，大型工程项目工程师站应采用服务器级别的。

④定期对DCS硬件系统进行点检。一般在系统运行一个检修期后，对FCS系统进行点检，主要是对系统卡件的状态、通道信号是否正常、是否超差进行逐一测试，同时对系统硬件进行一次整体冷启动，以消除长时间运行以来的顽固报警、错误等问题，也对机柜内部的灰尘进行清理，各电气元件进行检查、排除隐患，最后出具点检报告，对系统的整体稳定性、卡件损坏情况进行整体评价，以便仪表工程师掌握硬件系统健康状况，提前采买系统卡件，确保在硬件发生故障时，能够随时更换，同时也为维护单位仪表人员的系统巡检指明了关注方向，实现有目的巡检，从而共同确保DCS系统的长期稳定运行。

4 应对措施

DCS系统长时间运行后，尤其是操作站经常会出现一些致命故障：上位机组态数据下装失败、历史数据参考失败、网络结构下装失败、数据报表获取数据失败、数据库参考错误、通讯故障等。一旦出现上述故障，会对系统功能的发挥造成较大影响，对系统的安全运行造成很大威胁。

在出现上述错误时，仪表工程师应首先查看各个操作站的参考数据库、网络状态是否正常；然后在工程师站上下装项目公共项、进行等值化操作，如果进行以上操作后，问题依然存在，则需对出现问题的操作站进行重新装机。

5 结语

DCS系统的运行维护也是一个复杂而精细的工作，中间会出现各种各样的问题，只用通过大量的经验积累才能获得丰富的系统维护保运技能。目前随着互联网的飞速发展，各系统之间实现互联互通、优化升级也是大势所趋，那么在系统安全防护、跨域访问、多项目连接、MES系统数据访问等方面也对系统运维工程师提出了更高要求。