韩芳

关键词：DCS集散控制系统;故障分析;维护管理

1、前言

集散控制系统的核心是微处理器，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调设计原则的新一代仪表控制系统。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的几机构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制，在电力、冶金、石化等各行业都获得了极其广泛的应用。DCS系统具有较高的灵活性与扩展性、具有先进的过程操作画面（动态流程画面、分组回路画面、总貌画面、报警画面、趋势画面、报表画面等），具有各种控制功能，运算功能，并能实现工艺参数趋势预测，历史数据显示和各种报警功能。从而实现对工艺生产全过程的集中监视、控制和管理。同时DCS系统的各种模块能够带电插拔、更换，这些都是常规仪表所不具备或需要经过复杂的组合才能实现。

2、DCS集散控制系统的故障分析

随着计算机通信技术日新月异的不断发展，DCS集散控制系统以其可靠性、现代化和操作的灵活性在现代工业生产系统中得到广泛应用。但基于日常使用过程中总会出现无法预判的故障，因此总结以下几点常见故障：

2.1干扰

（1）地环流干扰

在生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰，造成系统不稳定甚至误操作.出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地，例如为了安全，机壳需要接大地;为了使电路正常工作，系统要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩，屏蔽罩也需要接地.但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差（也就是各设备的共地点不同）因而形成“地环流”、“接地环路”问题。当环流很大时，会出现很高的共摸噪声电压，并通过分布参数耦合到信号线，或直接连接到电平信号线上，将产生很大的串模干扰，甚至损坏接口电路及设备。

（2）人为干扰

电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，无线通信、雷达或其他功能。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器等）频繁开关，它们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电壓电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉电路就是一种典型的干扰源。随着电子技术的广泛应用，电磁污染情况会越来越严重。

2.2网络问题

着DCS技术逐步走向标准化和开放性，各自动化厂商90年代中后期开发的DCS系统，在系统网络上纷纷采用标准以太网和TCP/IP协议，该技术方案虽然能很好地解决网络通讯上的开放性和网络设备的标准化问题，降低用户网络方面的综合成本，标准以太网和TCP/IP协议应用于DCS系统网络，也带来了以下两个问题：标准以太网CSMA/CD总线访问机制，无法解决网络碰撞引起的确定性实时问题;TCP/IP协议的广泛应用，无可避免会带来病毒防范问题，基于标准网络协议传播的病毒对DCS系统的安全稳定运行带来额外压力。

2.3. 导致DCS系统故障的人为因素

在DCS集中生产控制系统的应用中，整个控制系统受到非标准人员操作的影响（例如，重复的命令功能、不工作的系统负载等），影响整个控制系统的正常运行。

3、DCS集散控制系统的维护管理

3.1解决系统中的干扰

（1）方法一：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，但要注意某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

（2）方法二：使两接地点的电势相同

（3）方法三：在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时 又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决地环路的问题。

3.2网络安全

增加工业级防火墙，黑名单、白名单机制，能有效拦截病毒入侵，确保DCS系统的信息安全，同时禁止插拔USB等移动存储设备，或者增加U盘管理系统，防止病毒通过其他媒体介质侵入，定期备份系统及软件，确保系统故障情况下，可以及时恢复。

3.3为DCS集中控制系统的环境创造有利条件

DCS系统的环境应具有较高温度、湿度、卫生和磁场要求，DCS中央控制室温度不得超过50℃，这样就不会因为温度过高而导致控制器、卡件、计算机损坏;控制室应保持清洁和干燥，以防止因湿度或灰尘导致信号传输和接收不良;控制室内的电缆桥架以及机柜底部的电缆孔洞要封堵。同时，必须加强DCS系统周围的磁场控制，防止控制系统中电磁效应的干扰。

3.4UPS电源防范措施

为DCS控制系统提供双路供电，一路市电，一路UPS电源。定期用红外线测温仪测量关键接线端子的温度，并做好记录。利用大检修停机期间做电源切换实验，确保切换正常，切换时间间隔必须符合技术规范。定期更换UPS电池，确保在市电故障的情况下，立即转为UPS供电。

3.5接地检查

每年利用大检修停车时机，对系统的接地进行全面检查。仪表及控制系统的接地电阻为电气专业的低压配电系统接地装置的接地电阻，应根据电气专业有关标准规范确定，一般情况，不应大于4Ω。

参考文献：

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