劉現(xiàn)朝

(洛陽煉化宏達實業(yè)有限責任公司，河南 洛陽 471012)

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的快速發(fā)展，DCS系統(tǒng)開始大規(guī)模進入流程工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其在危化品生產(chǎn)領(lǐng)域，生產(chǎn)裝置配備自動化控制系統(tǒng)是被寫進法規(guī)的。同時DCS系統(tǒng)是整個生產(chǎn)裝置的儀表系統(tǒng)核心，因此對其進行精心、細致、安全的維護，是保證DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行的前提，也是裝置平穩(wěn)、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的先決條件之一。本文對橫河DCS系統(tǒng)的運行維護進行經(jīng)驗總結(jié)，并對DCS系統(tǒng)的升級改造中需注意的細節(jié)進行闡述。

1 橫河DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其工作原理

目前，公司用的橫河DCS系統(tǒng)有兩個版本，分別是CS3000R3.09和CENTUMVPR5.04，這兩個版本的DCS系統(tǒng)在硬件構(gòu)成上基本一致，只是所支持的操作系統(tǒng)和上位機界面風格有所不同。

橫河DCS系統(tǒng)硬件主要有：現(xiàn)場控制站(FCS)、操作員站(HIS)和二層網(wǎng)絡交換機組成。

FCS：現(xiàn)場控制站，負責現(xiàn)場儀表的信號采集、邏輯運算、執(zhí)行指令，是整個DCS系統(tǒng)的控制核心。

HIS/ENG：操作員站/工程師站，操作員站負責顯示生產(chǎn)流程圖、實時數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)、閥位狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)等基本功能，還有控制分組、報表、歷史趨勢、系統(tǒng)狀態(tài)等高級功能。工程師站除了具備操作員站功能之外，還具備工程組態(tài)(硬件組態(tài)、控制回路組態(tài)、報表組態(tài)、歷史趨勢組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)等)、系統(tǒng)下裝、調(diào)整參數(shù)備份、項目備份等功能。

網(wǎng)絡交換機：負責DCS系統(tǒng)中FCS和HIS的數(shù)據(jù)交換和組網(wǎng)功能，其中系統(tǒng)中的所有站均為雙網(wǎng)設(shè)置，即BUS1控制網(wǎng)用于傳輸控制數(shù)據(jù)；BUS2除了用于傳輸控制數(shù)據(jù)，同時兼具開放網(wǎng)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)操作站之間、操作站與外部系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換通訊。

FCS的CPU、電源模塊也為冗余配置，能夠?qū)崿F(xiàn)實時切換，以上設(shè)備中，任意一臺設(shè)備出現(xiàn)故障均不會導致系統(tǒng)無法完全運行，同時生產(chǎn)操作命令均可在一臺操作站上統(tǒng)一下達，從而實現(xiàn)了該系統(tǒng)的分布控制、集中管理的功能。

橫河DCS系統(tǒng)是以域來劃分系統(tǒng)設(shè)備的，一個域最少應設(shè)有一個FCS和一個HIS，最多可以有64個站，其中FCS不得超過16個。如果多個系統(tǒng)需要連接，則須通過三層網(wǎng)絡交換機實現(xiàn)拓展，最多可以拓展到256個域，三層交換機的選購應以橫河推薦的為準，如CISCO、赫斯曼、DELL等，若是其他未經(jīng)過橫河測試的交換機，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包、鏈路不通等問題。

2 系統(tǒng)日常巡檢與相關(guān)檢修的注意事項

系統(tǒng)巡檢是儀表人員日常巡檢的一項重要內(nèi)容，每天應對DCS控制室進行巡回檢查。

2.1 DCS機柜間的巡檢

①DCS機柜間的溫度、濕度。其中環(huán)境溫度18～24 ℃，溫度變化率≤5 ℃/h；相對濕度40%～70%，在任何情況下，不允許有凝露。②電源運行情況。橫河DCS系統(tǒng)每個節(jié)點(Node)均為雙電源供電，一路為市電，另一路為UPS供電。應查看每個節(jié)點的兩個電源模塊是否均工作正常，再查看UPS工作狀態(tài)是否正常(目前UPS電源均采用在線工作模式)，有無報警(我公司DCS系統(tǒng)UPS電源為山特Castle系列)。檢查各卡件和網(wǎng)絡交換機指示燈是否正常，一般卡件出現(xiàn)紅色、橙色指示燈閃爍或者常亮均可判斷為系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應上報儀表管理工程師進行進一步判斷處理。

2.2 操作站及工程師站的巡檢

檢查操作站各畫面切換情況，有無切換遲鈍、白屏現(xiàn)象，如有需對電腦進行重啟；檢查各測點數(shù)據(jù)情況，如出現(xiàn)“****”，說明該儀表未組態(tài)，此種情況多出現(xiàn)在調(diào)試階段，或者該操作站掉線，所有儀表均會顯示“****”，此時應檢查該操作站的網(wǎng)絡接線是否良好；檢查操作員鍵盤工作是否正常，有無設(shè)定值無法輸入情況，如有檢查操作員級別，OFFUSER級別只能查看，無法操作。工程師站巡檢除了以上內(nèi)容還應檢查系統(tǒng)硬件狀態(tài)、網(wǎng)絡狀態(tài)、報表功能、長趨勢功能是否正常，有無系統(tǒng)報警等。

2.3 與電氣專業(yè)有關(guān)的檢修注意事項

DCS系統(tǒng)往往需要接入很多電氣設(shè)備的運行狀態(tài)、控制指令等信號，如電氣設(shè)備的運行狀態(tài)、設(shè)備停機信號、變頻器的頻率反饋、給定等信號。在與電氣專業(yè)有關(guān)聯(lián)的類似檢修作業(yè)過程中，則要注意以下幾個方面：①凡是與電氣設(shè)備有關(guān)的開關(guān)量型號，必須加中間繼電器。電氣設(shè)備的運行信號多為無源的常開或常閉信號，而電氣設(shè)備的啟動、停止命令因為必須接入電氣側(cè)的控制回路，這些控制點必定會串入220 V的交流電，DCS系統(tǒng)的DI、DO卡件的供電及回路電壓基本都是24 V直流電。一旦將信號接反極易燒毀接線端子板，甚至是卡件，因此必須加入中間繼電器進行隔離。②電氣、儀表工作人員必須協(xié)同工作，再三確保信號線、信號類型、有源無源等準確無誤后，方可接入控制回路，送電，測電壓，最后聯(lián)調(diào)。③變頻器的變頻范圍為0～50 Hz，對應DCS系統(tǒng)的輸出為0～100%，而很多電氣設(shè)備是不可能在15 Hz或者以下范圍工作的(低頻狀態(tài)下會造成設(shè)備損壞)，因此需對DCS系統(tǒng)的頻率給定輸出進行限制，或者由電氣側(cè)在變頻器上進行限制。

3 DCS系統(tǒng)涉及的定期作業(yè)

DCS系統(tǒng)維護的定期作業(yè)大致有四部分內(nèi)容：

①定期對操作站、工程師站進行重啟。應每月進行一次，主要目的是為了清理系統(tǒng)緩存，釋放內(nèi)存，減少死機、白屏、畫面切換遲鈍等情況的發(fā)生。

②定期對工程師站進行工程項目文件備份。每次組態(tài)修改后進行備份(當執(zhí)行重大檢修作業(yè)時，檢修前還應對調(diào)整參數(shù)進行備份)。

③定期對操作站、工程師站進行清灰操作。應每年進行一次，主要是為了清理操作站主機內(nèi)部灰塵，系統(tǒng)硬件整體斷電并啟動，驗證系統(tǒng)硬件健康情況，主動發(fā)現(xiàn)操作站軟、硬件故障。系統(tǒng)操作站屬于7×24 h不間斷運行，每天都有大量的數(shù)據(jù)讀入和寫出，因此系統(tǒng)操作站的正常運行壽命為3～5年，公司兩套橫河DCS系統(tǒng)操作站分別在2012年、2015年投入使用，均達到或超過廠家建議的正常運行壽命，另外公司的內(nèi)操室基本處于完全開放狀態(tài)，人流量大，無防塵措施，主機內(nèi)部的灰塵積聚情況也比較嚴重。

操作站故障統(tǒng)計如表1所示。

表1 操作站故障統(tǒng)計

從表1可知，系統(tǒng)操作站長時間運行后，硬件故障的幾率明顯升高。定期對主機進行重新冷啟動、內(nèi)部清掃操作，可以有準備、有目的地發(fā)現(xiàn)一些帶病運行的操作站，從而提前維修。主機硬盤的故障率最高，應在重要的主機上進行硬盤RAID，尤其是存放工程文件、長趨勢數(shù)據(jù)、報表等數(shù)據(jù)的工程師站，大型工程項目工程師站應采用服務器級別的。

④定期對DCS硬件系統(tǒng)進行點檢。一般在系統(tǒng)運行一個檢修期后，對FCS系統(tǒng)進行點檢，主要是對系統(tǒng)卡件的狀態(tài)、通道信號是否正常、是否超差進行逐一測試，同時對系統(tǒng)硬件進行一次整體冷啟動，以消除長時間運行以來的頑固報警、錯誤等問題，也對機柜內(nèi)部的灰塵進行清理，各電氣元件進行檢查、排除隱患，最后出具點檢報告，對系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、卡件損壞情況進行整體評價，以便儀表工程師掌握硬件系統(tǒng)健康狀況，提前采買系統(tǒng)卡件，確保在硬件發(fā)生故障時，能夠隨時更換，同時也為維護單位儀表人員的系統(tǒng)巡檢指明了關(guān)注方向，實現(xiàn)有目的巡檢，從而共同確保DCS系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

4 應對措施

DCS系統(tǒng)長時間運行后，尤其是操作站經(jīng)常會出現(xiàn)一些致命故障：上位機組態(tài)數(shù)據(jù)下裝失敗、歷史數(shù)據(jù)參考失敗、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)下裝失敗、數(shù)據(jù)報表獲取數(shù)據(jù)失敗、數(shù)據(jù)庫參考錯誤、通訊故障等。一旦出現(xiàn)上述故障，會對系統(tǒng)功能的發(fā)揮造成較大影響，對系統(tǒng)的安全運行造成很大威脅。

在出現(xiàn)上述錯誤時，儀表工程師應首先查看各個操作站的參考數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡狀態(tài)是否正常；然后在工程師站上下裝項目公共項、進行等值化操作，如果進行以上操作后，問題依然存在，則需對出現(xiàn)問題的操作站進行重新裝機。

5 結(jié)語

DCS系統(tǒng)的運行維護也是一個復雜而精細的工作，中間會出現(xiàn)各種各樣的問題，只用通過大量的經(jīng)驗積累才能獲得豐富的系統(tǒng)維護保運技能。目前隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，各系統(tǒng)之間實現(xiàn)互聯(lián)互通、優(yōu)化升級也是大勢所趨，那么在系統(tǒng)安全防護、跨域訪問、多項目連接、MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問等方面也對系統(tǒng)運維工程師提出了更高要求。