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【推荐】DCS故障排除与维护

时间:2023-01-16 来源网站:北京化工机械网

17:16:13来源: 贤集

贤集工业电气自动化频道讯:在经济、技术迅猛发展的时代,工业生产的自动化程度也进一步提高,DCS已广泛应用于化工、石化、电力、冶金、造纸等各行各业。DCS作为整个生产流程控制的核心,如何保证其长期稳定地运行成为众多DCS使用者所关注的问题。虽然DCS产品都以高可靠性作为其研发的基础,但不同的使用环境和使用方法会影响DCS设备的稳定运行,因此系统的、专业的维护方法对充分发挥DCS的性能,保证工业生产的连续进行是极其重要的。

1、维护措施

在DCS生命周期的不同阶段,应采用恰当的维护措施,提升系统运行的稳定性。维护措施可以分为预测性维护、预防性维护和响应性维护。预测性维护主要利用智能仪表以及资产管理软件(AMS)的监测,对未来可能出现的故障进行预测,从而提前采取相应的措施,避免造成损失。预防性维护则是按照预先制定的计划,周期性地检查,预防或减轻设备或系统的老化,比如“点检”工作,按年、季、月为周期对系统的关键点进行检测,就是典型的预防性维护。响应性维护一般只在出现明显故障时才进行维护,这种方法相对比较被动。应综合考虑预测型、预防型和响应型3种维护方法的优缺点,有效地将三者结合起来,并贯穿于设备的整个生命周期。

2、DCS系统故障

DCS系统本身的故障包括硬件故障、软件故障。硬件故障包括电源、各类板卡、络、操作站故障等,如版本不一致、跳线错误、信号通道间影响、板卡精度下降、板卡硬件损坏等。由于DCS系统的硬件采用模块化的安装方式,所以处理的方法也比较单一,往往采用备件替换方式。软件故障包括操作系统故障和组态监控软件故障,如驱动设置不正确、磁盘空间不足、软件版本不匹配、参数配置错误等,处理的方法包括软件重装、磁盘清理、重新配置等。排查故障时可以使用维护工具帮助缩小故障排查范围,比如使用高精度的信号发生器(如FLUKE仪表)将标准信号输入板卡,并从上位机界面观察输入数据是否异常,从而判断板卡的可用性。另外,也可以使用DCS厂商提供的故障分析软件,这类软件往往具有智能诊断功能,可以帮助快速定位到故障点。但软件所提供的诊断意见有时也未必很准确,毕竟计算机是按照预设的程序执行,无法预见各类复杂的现实情况,仅作为故障判断时的参考。

DCS技术发展到今天已比较成熟,模块化程度也比较高,统计显示硬件本身出现故障的概率相对较低,而由于配置不当、操作不当等人为因素造成的故障却屡见不鲜。因此,让维护人员参加前期项目组态和调试工作,加强维护人员的技能培训是减少DCS系统故障的有效途径之一。

3、外部环境对DCS的影响

外部环境的影响包括供电系统、电磁干扰、接地系统、温湿度、静电、腐蚀灰尘鼠害等。

供电系统的常见影响包括电源中断、电压暂降、过电压、欠电压等。电压过高容易烧坏板卡,而电压不足则容易导致板卡无法正常工作,出现板卡故障灯报警、信号输出异常等现象。电源中断直接导致DCS系统瘫痪,中断企业的正常生产。为了避免出现上述情况,可以采用UPS或稳压设备来保障DCS供电的稳定性,条件允许时甚至可以采用双路UPS供电。UPS必须定期维护,例如对电池进行定期充放电以保持电池的活性。很多生产企业正是忽视了UPS的维护,导致UPS电池失效,当出现外电源中断时DCS也随即瘫痪。

DCS系统大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中,这是DCS应用领域的行业特点决定的。消除干扰源和提高DCS系统抗干扰能力往往是不切实际的,比较有效的措施是切断干扰源和DCS之间的传播途径,如控制室采用格栅型屏蔽、在信号线缆上加装滤波装置、确保信号线缆和电源线缆布线时遵循相应的标准规范、安装SPD装置防止雷电浪涌侵入、确保接地系统良好等。

接地不良容易导致DCS在受到电磁干扰时出现信号跳变、信号漂移,严重时可能导致板卡受损。由于在DCS投运后对接地系统改造比较困难,因此必须重视工程设计和施工阶段的工作。设计上应选择合理的接地结构,如采用等电位单点接地方式;施工时应参照相关标准规范使用正确的接地连接方法,例如接地干线在室外走线并距离超过10m,则应采用双层屏蔽、内层单点接地、外层两端接地,以防止电磁脉冲的干扰等。

工控设备对于温湿度的要求也比较高,高温、低温、干燥、潮湿的工作环境都会给系统带来巨大的影响,DCS容易受这些环境的影响而失效或性能降低。有实验表明,对模拟量卡件,温度每变化10℃,精度将降低0.1%;而相对湿度超过65%,就会在物体表面形成一层水膜,使绝缘劣化,并加快腐蚀。相对湿度太低,合成材料容易变脆、收缩、表面龟裂,绝缘材料表面容易积累静电。由于目前板卡都使用大规模集成电路,芯片耐压性较弱,所以静电放电可能导致板卡芯片故障,而这种损害具有一定的隐蔽性、潜伏性,容易被忽视。要避免静电的危害,最有效的方法是利用接地系统释放静电,这就是插拔卡件时要戴上防静电腕带的原因;此外,应使用专用的防静电袋存放板卡等备件。

腐蚀性气体对于DCS板卡和操作站计算机等的影响往往是致命的。腐蚀比较严重的工业环境,往往会造成DCS板卡和计算机主板上的电子元器件发生短路,导致设备硬件受损。因此,DCS防腐蚀是维护工作的重要组成部分。常见的防护措施包括将干净仪表空气通入控制室使其保持正压、在保证有通排风系统的前提下尽量保持控制室密封、保持适当的湿度等。

4、故障排除思路

(1)彻底分析症状,这是排除故障的基础,需注意其他人关于症状的报告是否准确,最可靠的办法是亲自观察或再现症状。

(2)分析故障在什么情况下发生,发生在系统调试、联调阶段,还是正常运行、预防性维护 或者诊断程序的过程中,这有助于重现故障并且隔离故障。

(3)了解是否做过一些更改。若系统之前工作正常,是否做过任何更改;包括任何硬件、软件或接线的更改。

(4)查看各板卡指示灯是否有故障报警的显示。

(5)缩小故障排查范围。可以使用标准信号发生器将标准信号(如4~20mA信号)输入板卡,在上位机画面上查看信号显示是否正确,从而确定该板卡是否正常。

(6)通过插拔板卡或使用备件替换来判断板卡本身是否存在问题。板卡需要支持热插拔,注意重要板卡或非冗余板卡的插拔可能引起信号显示或输出异常。

(7)查看是否为暂时性的问题或仅出现一次,如果是偶然出现,有可能系统受到了干扰。这种类型的问题很难追踪,且需要耗费很长时间,还可能需要特殊技术和专用测试设备。

(8)查看操作日志和历史故障诊断记录。操作日志可以帮助了解故障发生前后的软件操作情况,排查是否存在人为的误操作;通过历史故障诊断记录则可以了解故障发生前后其他设备是否存在异常。

5、结语

只有做好预防性维护,深入了解DCS软硬件的功能特点和配置方法,重视外部环境对DCS的影响,才能使其稳定、长期可靠地运行。

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