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DCS故障那些事:如何降低不必要的损失?

2019年01月31日 11:27:43来源:仪控工程网作者:仪控工程网关键词:DCS智能控制
    DCS系统是由系统软、硬件、操作台盘及现场仪表组成的。系统中任何环节出现问题,均会导致系统部分功能失效或引发控制系统故障,严重时会导致生产停车。
    至于停车……带来的损失肯定不小。
    实际上,相当多的DCS故障是由一些日常的小细节引起,在日常应用中,如果加强对这些小细节的管控,则可以避免相当多DCS故障带来的损失。
    那么都有哪些需要注意的呢?近期仪控君仔细的整理了相关内容,希望能对大家有所帮助。
    故障来源有哪些?
    首先大家先看一下DCS经常出现哪些故障来源。
    人为操作失误
    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,所以DCS自身软硬件故障多半是人为造成的:由于配置不当、操作不当等人为因素造成的故障屡见不鲜。
    信息安全
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    电源故障
    在自动化仪表运行的过程中,一旦发生系统电源故障,就会给DCS系统带来致命威胁。插头接触不良、备用电源无法自投、断路器容量不足、自动化仪表线路负载不匹配、供电线路事故和电路元件损坏等问题的存在都会导致系统电源故障的发生。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。
    电磁干扰
    DCS应用领域的行业特点,决定了DCS系统大多处在强电设备所形成的恶劣电磁环境中,在应用中消除干扰源和提高DCS系统自身的抗干扰能力往往是不切实际的。
    接地不良
    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。
    温湿度影响
    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组件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、表面龟裂易于损坏。
    静电影响
    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。
    腐蚀影响
    现场的腐蚀性气体,以及一些建在海边(如核电站)受海风腐蚀,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。
    雷电影响
    当控制室建筑物的防直击雷装置在接闪时,强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置,会使局部的地电位浮动,如果防雷的接地装置是独立的,它和控制系统的接地极如没有足够距离时,则两者之间会产生放电(反击),从而对控制室内的DCS产生干扰或损坏。
    其他危害
    包括灰尘和鼠害等,这些都会对DCS设备及线路造成严重损坏。
    故障问题如何预防?
    首先,在DCS安装之前必须重视工程设计及施工阶段的工作。如防雷电影响,接地屏蔽等,在DCS投运后对这些进行改造比较困难,因此出现问题后改造远不如出现问题之前做好相应的措施。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。
    其次,一些应用中发现的问题,应及时对现场进行改造。如电磁干扰问题,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等。
    第三,必须严格按照规范进行操作。如针对静电问题,需要严格执行插拔卡件时要戴上防静电腕带的原因;使用专用的防静电袋存放板卡等备件等。
    第四,日常DCS应用中需要注意:
    (1)定期对DCS系统电源进行检查,对于冗余电源系统要定期进行切换实验工作。同时对UPS电源进行定期的切换检查,对电池应按照要求进行定期放电充电。定期检查网络接头和各连接线是否牢固,控制柜内的各接线端子是否牢固可靠。定期检查系统风扇是否工作正常,风道有无阻塞,以确保系统能长期可靠地运行。经常检查控制单元、I/O模块、其他模块等的工作是否正常。定期检查接地是否牢固,测试接地电阻是否符合要求。
    (2)定期检查控制器、计算机等的工作负荷,并注意是否有升高现象。定期检查硬盘,并删除零碎文件,历史文件经常进行外设归档备份。
    (3)对于DCS系统和其他系统的接口,建议在其他系统侧的网关站上,加装病毒防火墙,并及时更新病毒库。同时及时更新操作系统的补丁,提高系统的安全性。
    (4)在运行时,原则上不再进行软、硬件的改动。
    (5)对DCS系统所有的修改,无论是组态软件、系统软件还是文件属性等,都应在工程师站(记录本)有详细的文字记录。每次改动组态后都要进行把主站拷贝到副站的工作。
    (6)应定期让所有的操作员站重新启动一次,以消除计算机长期运行的累计误差。养成定期备份组态软件的习惯,每次更新点目录后应该把工程师站组态安装目录下的所有文件拷贝到各个操作员站的相应目录中,否则工程师站的损坏可能会导致系统无法更新点目录。
    (7)DCS控制室要保证在合适的温度、湿度、灰尘度。应定期检查工作环境和通风状况,避免通风散热不良导致的硬件故障或硬件加速老化,一般每一个季度应该给操作员站和DPU站进行吹灰一次。
    第五,要重视预防性维护,即有计划地进行主动性维护,保证系统的稳定性。利用每次大修对系统进行预防性的维护,以掌握系统运行状态,消除故障隐患。大修期间对DCS系统应进行彻底的维护,内容包括:
    (1)系统供电、接地系统检修检查。定期检查UPS电池容量和充放电时间,对接地极进行接地电阻测试。
    (2)在工艺允许前提下,定期对冗余电源、服务器、控制器、通讯网络等进行冗余测试。
    (3)对系统卡件进行点检。彻底检查和整理以延长设备的寿命。
    (4)操作站、控制站停电检修。包括计算机内部、控制站机柜、电源箱等部件的灰尘清理。
    (5)对电脑软硬件及系统进行维护。如磁盘整理。硬盘数据备份,软硬件测试等等。
    (6)对系统的网络通信的维护,确保可靠连接。
    (7)系统接线端子紧固,防止接线松动。检查保险端子正常。
    (8)对现场仪表设备进行检修,发现问题及时处理。
    最后,一定要认真对待操作日志和故障诊断记录。
    出了故障怎么办?
    严格的防范并不能彻底杜绝故障,使用中由于各种因素,故障还是有几率出现的。那么DCS系统一旦出现故障,用最短时间准确分析和诊断故障部位和原因是当务之急。根据专家的经验,可以按照下列思路进行排查:
    (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)查看是否为暂时性或仅出现一次的问题。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故障发生前后其他设备是否存在异常。
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