張麗萍 ， 常 凱 ， 魏建平 ， 吳耀華 ， 李昊舒

（1.山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261206；2.山東省濰坊商業(yè)學(xué)校，山東 濰坊 261011）

0 引言

DCS 系統(tǒng)故障的及時排查與處理，決定著整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是確保機(jī)組正常運(yùn)行的前提。 一旦DCS 故障不能及時排查與處理，輕則工藝波動，重則停爐停機(jī)[1]。因此， 分析DCS 系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象及總結(jié)處理方法尤為重要。

“化工儀表自動化賽項”現(xiàn)已發(fā)展成為覆蓋化工技術(shù)類、自動化類相關(guān)專業(yè)，社會影響深遠(yuǎn)的全國石油和化工職業(yè)院校技能賽事。 其中，DCS 組態(tài)及運(yùn)行調(diào)試項目占整個比賽項目內(nèi)容的比例高達(dá)55%。 DCS 系統(tǒng)的故障排查往往是各個參賽隊屢屢失分的部分。 因此，筆者結(jié)合山東交通職業(yè)學(xué)院參賽的經(jīng)驗(yàn)，對CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的常見故障及處理進(jìn)行總結(jié)。

1 CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的主要構(gòu)成

圖1 CS2000 控制對象流程圖

CS2000 裝置包括控制對象和控制臺兩部分。 對象系統(tǒng)包含有不銹鋼儲水箱、 圓筒形有機(jī)玻璃上水箱、 中水箱、下水箱、單相功率為2kW 的電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻夾套組成）。 內(nèi)膽由電加熱器提供熱源，由一路供水系統(tǒng)提供水源，其內(nèi)裝有防干燒裝置以確保設(shè)備安全， 夾套由另一路供水系統(tǒng)提供水源。 通過改變電加熱器的加熱功率來控制鍋爐內(nèi)膽和夾套水溫。 強(qiáng)制對流換熱器的熱水由鍋爐內(nèi)膽提供，并且構(gòu)成循環(huán)；冷卻水由一路供水系統(tǒng)提供。

系統(tǒng)動力支路由兩路組成：一路由循環(huán)水泵、調(diào)節(jié)閥、孔板流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成，另一路由循環(huán)水泵、變頻調(diào)速器、渦輪流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成。 裝置檢測變送和執(zhí)行元件有液位傳感器、溫度傳感器、渦輪流量計、電磁流量計、壓力表、調(diào)節(jié)閥等。 其控制對象流程圖如圖1 所示。

2 DCS 系統(tǒng)裝置流程概述

CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置中包含了各種儀表及設(shè)備，可以對現(xiàn)場的水箱液位、管道中的流量、鍋爐的內(nèi)膽或夾套溫度、水箱中的壓力等信號進(jìn)行采集。 此裝置涵蓋了主要的熱工參數(shù)，可以構(gòu)成一階水箱液位控制系統(tǒng)、二階雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)、液位流量串級控制系統(tǒng)、鍋爐內(nèi)膽夾套溫度串級控制系統(tǒng)等，為自動化類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了很好的教學(xué)實(shí)踐條件。

CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置通過線纜與現(xiàn)場控制站連接[2]，現(xiàn)場控制站將現(xiàn)場設(shè)備采集到的信號傳送到操作站或工程師站，工程師站也可以對控制站下發(fā)控制信號。

現(xiàn)場控制站主要有機(jī)柜、機(jī)籠、電源模塊及各類卡件?？梢栽诠こ處熣旧线M(jìn)行相關(guān)的組態(tài)，組態(tài)完成后，編譯、下載到控制站，或者發(fā)布組態(tài)到操作員站[3]，最后進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試、運(yùn)行。

3 主要常見故障現(xiàn)象

從日常的實(shí)踐教學(xué)與化工儀表大賽指導(dǎo)角度出發(fā)，總結(jié)幾個著重注意的方面，供大家以后在該類大賽以及平時的實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中參考。 集散控制系統(tǒng)集4C 技術(shù)于一體，廣泛應(yīng)用于化工自動化生產(chǎn)之中，對生產(chǎn)過程能實(shí)現(xiàn)很好的監(jiān)視與控制作用，掌握CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的典型故障，對分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)化及改進(jìn)也有較為重要的意義[4-5]。

CS2000 裝置常用到的基本查故障工具， 主要有電壓表、一字改錐、十字改錐、內(nèi)六角扳手、剝線鉗等。 對于化工儀表大賽中設(shè)置的故障主要有兩大類：電源類故障與信號類故障。

3.1 電源類故障

對于電源類故障， 特別是設(shè)備類電源故障。 針對CS2000 實(shí)訓(xùn)裝置， 明確各個設(shè)備的供電條件， 威樂泵220VAC，電動單座調(diào)節(jié)閥220VAC，渦輪流量計24VDC，孔板流量計24VDC，壓力變送器24VDC。

電源類故障大致分為泵電源類故障、 電動調(diào)節(jié)閥故障以及壓力變送器電源類故障等。

1）泵電源類故障：火線與零線接反，造成泵電源類故障。 現(xiàn)象：泵不轉(zhuǎn)動、不工作。 處理方式：火線跟零線調(diào)整正接。 泵電源線斷電，造成泵電源類故障。 現(xiàn)象：泵不工作。處理方式：火線跟零線調(diào)整正接。泵如果長期不使用，也會造成軸承故障。

2）電動調(diào)節(jié)閥故障：電源線斷線。 現(xiàn)象：電動調(diào)節(jié)閥無顯示。 處理方式：將電動調(diào)節(jié)閥的電源線重新接線。

3）壓力變送器電源線斷線：液位信號不顯示。電源類故障，具體總結(jié)如表1 所示。

表1 電源類故障總結(jié)

3.2 信號類故障

CS2000 裝置中常見典型故障， 除了電源故障外還有信號類故障，主要的信號類故障有：

1）泵信號故障，泵信號線斷線。

2）電動調(diào)節(jié)閥，信號線斷線。

3）壓力變送器調(diào)零誤差過大，造成的液位信號不準(zhǔn)確。

4）Pt100 熱電阻選型錯誤，溫度信號異常；Pt100 溫度變送器線路故障。

5）K 型熱電偶接線或線路故障，如斷線造成的溫度信號異常。

另外，在CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的控制站中，主要有主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O 卡件；在具體的實(shí)訓(xùn)過程中會出現(xiàn)卡件故障，主控制卡故障主要有跳線故障、冗余設(shè)置故障、數(shù)據(jù)通信故障；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡故障主要有跳線故障、冗余設(shè)置故障、數(shù)據(jù)通信故障；I/O 卡件，配電跳線設(shè)置故障、冗余跳線故障[6-8]。主控制卡有XP243；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡主要有XP233；I/O 卡件比較常用的有電流輸入卡件XP313、電壓輸入卡件XP314、熱電阻輸入卡件XP316、模擬量輸入卡件XP322、模擬量輸出卡件XP335。

信號故障現(xiàn)象、原因分析及具體處理方式如表2 所示。

表2 信號類故障總結(jié)

3.3 其他類故障

對于通信設(shè)置故障， 可以觀察各個卡件的面板指示燈，判斷是否通信正常。

1）主控制卡或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡故障。

2）保險絲故障。

4 結(jié)論

本文重點(diǎn)總結(jié)了CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置比較常見的故障，尤其是全國職業(yè)院?；x表大賽類的故障。 近幾年隨著集散控制系統(tǒng)的高速發(fā)展，DCS 系統(tǒng)的高階控制規(guī)律、網(wǎng)絡(luò)的開放性以及系統(tǒng)的故障排查率是影響整個系統(tǒng)的重要因素[9-10]。職業(yè)院校集散控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是故障率，其是造成系統(tǒng)不能運(yùn)行的關(guān)鍵因素。 本文以浙大中控組態(tài)軟件JX-300XP 與CS2000 系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置的具體通訊流程為實(shí)例，將常見的故障進(jìn)行了分類，對相關(guān)的故障現(xiàn)象進(jìn)行了分析，結(jié)合具體現(xiàn)象給出了故障處理方案，為集散控制系統(tǒng)裝置的故障排查，實(shí)訓(xùn)過程調(diào)試與運(yùn)行，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。