DCS的故障分类及防范措施

一、引言

20 世纪 70 年代中期，以计算机技术、控制技术、通信技术、图形显示技 术(既 4C 技术)相结合发展起来的新型过程控制系统—DCS 系统(Distributed Control System,分散控制系统)，由于采用“管理集中、控制分散”的设计方法， 也称为集散控制系统， 它彻底避免了集中控制系统中因中心计算机故障而导致整 个过程控制系统瘫痪的现象，将危险分散，系统各部分的故障不影响其他部分的 正常工作，因而具有更高的安全可靠性，可分布于较大地域，能进行大型生产过 程的实时控制，模拟量数据处理功能和运算功能强，能胜任大型和控制状况复杂 的过程控制系统，而且还可以实现在线优化、实时调度、统计管理等功能。已广 泛应用于石化、电力、冶金等大型工业领域。随着工业发展的需求，合成、煤造 气在很多重要参数和控制手段上都有了很大的提高。 作为造气的灵魂分散式控制 系统(简称 DCS 系统)实现了过程控制、过程管理的现代化。在这种情况下，如果 DCS 系统出现异常，将会使系统失控，出现不可预知的事故，甚至导致火灾、爆 炸等事故，给企业带来严重损失。

二、DCS 系统概述

（一）DCS 系统产生和发展

     1975 年至 80 年代前期为第一代产品。1975 年美国最大的仪表控制公司霍 尼 韦 尔 首 次 向 世 界 推 出 了 它 的 综 合 分 散 控 制 系 统 TDC—2000 (Total Distributed Control -2000) , 这一系统的发表, 立即引起美国工业控制界高 度评价, 称之为“最鼓舞人心的事件”。 世界各国的各大公司也纷纷仿效, 推出了一个又一个集散系统, 从此过程控制进入了集散系统的新时期。 80 年代中期至 90 年代前期为第二代产品。随着计算机的发展与网络开发 使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术, 80 年代末许多公司推出新一代的 集散系统, 其主要特征是新系统的局部网络采用 MA P 协议; 引用智能变送器与 现场总线结构; 在控制软件上引入 PLC 的顺序控制与批量控制,使 DCS 也具有 PLC 的功能。 90 年代中期至 21 世纪初为第三代产品。至 90 年代初各国知名的 DCS 有: Bailey 的 IN F I—90, Rosemount 的 RS—3, WestHoose 的 WDPF, Leeds & Nonthrup 的 MAX—1000,日本横河的 CEN TUM。 这里所提到的均为大型的 DCS, 为 了适应市场的需要各厂商也开发了不少中小型的 DCS 系统如 S—9000,MAX—2, LXL ,A 2 PACS 等等。 目前 DCS 发展到第四代。 第四代 DCS 的最主要标志是:Information(信息化) 和 Integration(集成化)。因此，与其说第四代 DCS 是一套综合的控制系统，更 不如说它是一套集成化的综合信息系统。

（二）DCS 系统特点

    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。趋势记录画面等)， 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的或需要经过复杂的 组合才能实现。

三、DCS 控制系统故障分类

（一）硬件故障

    这类故障是指过程控制层的故障，主要是 DCS 系统中的模块，特别是 I/O 模 块损坏造成的故障，其次是 DCS 接地不牢靠，导致卡件损坏。这类故障一般比较 明显且影响也是局部的，比如：参数显示没有变化，排除现场仪表故障可能后仍不能操作执行机构和电动门等。它们主要是由于使用不当或使用时间较长，模块 内元件老化所致。如果模块周围的环境灰尘超标、温度高、湿度大将会大大缩短 模块的使用寿命，因此鉴于 DCS 系统对温度、湿度、清洁度的严格要求。在安装 前，操作室尤其是过程控制室的土建、安装、电气、装修工程必须完工，如在夏 季，空调要及时启用。另外，尤其在管道夹层上过程控制室，其盘柜的电缆孔洞 一定要封堵好，否则，一旦管道漏汽窜入盘柜，即有可能造成重大故障。

（二）软件故障

    这一类故障是软件本身的错误引起的。一般出现在 DCS 系统投运调试阶段， 因为应用软件程序复杂，工作量大，所以应用软件错误难以避免，这就要求在 DCS 调试试运阶段组态人员和运行人员应十分认真，及时发现并配合 DCS 系统调 试人员解决问题，此类故障在 DCS 系统正常运行后很少见。第二类故障就是在系 统正常运行时需增加控制点，在线修改程序导致系统出错或者死机，这就要求 DCS 编程组态人员对系统非常熟悉，预先做好控制方案，再进行实施，实施前必 须做好程序备份，避免错误发生时，可及时挽救不必要的损失。

（三）人为故障

    失误原因多种多样，有维护人员操作错误、专业水平欠佳、监护不到位、没 有进行事故预想、管理有漏洞等原因。在实际运行操作中，有时会出现 DCS 系统 某功能不能使用，但实际上 DCS 系统并没问题，而是操作人员操作不熟练或操作 人员错误操作引起的。 因此 DCS 系统供货厂家应及时向运行人员提供 DCS 操作手 册，初次使用 DCS 系统的操作工要经过培训后才能上岗操作。 

（四）仪表人员工艺流程不熟造成的故障

    此种现象在各厂中普遍存在，操作员对仪表人员依赖性过大，而仪表人 员平时不能进入控制室的规定实际上也制约了仪表人员对 DCS 的深入了解， 另外 由于仪表人员长时间的不接触 DCS 系统造成缺陷出现时不能及时准确的处理。 笔 者遇到过这样一种情况， 一个串级均匀控制(形式上和普通串级控制一样)被操作 员当作普通串级控制来设置 PID 参数，结果可想而知，怎么也控制不好。如果操作员能与仪表技术人员密切配合， 相信仪表技术人员能分清串级均匀控制和普通 串级控制的区别，从而给予操作员在参数调整方向上的指导。因此，现在仪表人 员平时不能进入控制室的规定利弊兼有， 如果能让部分仪表人员参与到操作员的 日常工作，将会对操作员和仪表人员的综合业务素质的增长大有好处。

四、DCS 系统故障防范措施

（一）DCS 系统运行与管理

    1．DCS 系统的运行管理是指计算机系统日常点检，各种软件管理，备件管理， 文件归档管理等；加强软件管理，组态的修改必须按有关规定执行，同时必须及 时备份修改前后的所有组态信息，存档备查；当 DCS 装置发生故障，需用备件更 换时，使用前必须对备件进行功能测试，以防患于未然。

    2．DCS 系统检修管理是 DCS 系统检修时必须要有合理的检修工艺和程序， 应重视 DCS 系统检修项目和周期，检修项目依据 DCS 系统设备特点，随工艺设备 大修至少进行以下项目的检修:软件的备份，核实控制模件标志和地址；清扫电 源、模件及防尘滤网，检查及紧固控制柜接线，接地系统检查，冷却风扇检修， 电源测试；重要测量和保护信号线路绝缘检查；控制室温度、湿度及含尘量检修 前测试；对 UPS 供电设备进行清扫，对操作站进行清扫，通讯进行检查等。

（二）UPS 电源防范措施

    定期用红外线测温仪测量关键接线端子的温度，做好技术档案记录，注意温 升；用万用表测量主电源与备用电源电压，做好记录，注意电压波动；利用大、 小修停机期间做电源切换试验。 切换是否正常， 切换时间间隔是否符合技术规范； 电厂是一个高电压、大电流、强磁场干扰的环境，必须进行计算机接地系统的检 查。

（三）DCS 系统抗干扰措施

    在中央控制室四周墙壁粉刷之前，先钉上一层钢丝网，再与电气保护 PE 接地 系统相连。可以有效的防止高压输电线距离产生的强电磁场干扰。或者高压输电 线改为埋地沟敷设，也可以解决高压工频强电磁场对 DCS 干扰的危害。中控室建筑整体结构上是钢筋混凝上梁柱顶面浇筑及砖砌墙。 DCS 也具有良好的抗干扰 对 作用。地面是水磨石上加 500mm 高立柱架空的抗静电活动地板。防静电接地与 PE 系统相连。另外，各机柜的型钢基础底座也与 PE 相连。采用上述措施从总体 环境上对 DCS 的抗干扰性能起了重要的作用。 从现场仪表至中控室 DCS 的仪表电缆， 主要采用钢带铠装阻燃型对绞总屏蔽 或分屏蔽计算机电缆。这样对仪表电缆的抗干扰性实行双重保护：外钢带铠装层 及中间接线箱外壳与就地电气接地站相连，可直接对外界起抗强电磁干扰的作 用；内层铜丝编织层全部汇集到中控室 IE 接地母排上接地，起到了抗电场干扰 的保护作用。 系统防病毒 防病毒措施

（四）DCS 系统防病毒措施

    首先确保 DCS 系统前期设计阶段，尽量形成局部独立的控制网络，如果有 MIS 系统的接入要求，可在接入公司局域网的 DCS 系统上安装企业版杀毒软件和 防火墙软件客户端，确保 DCS 系统的信息安全，同时禁止插拔 USB 等移动存储设 备，防止病毒通过其他媒体介质倾入。

（五）联锁切投管理制度

    工业生产都是一种连续性生产，联锁的安全可靠性，直接影响生产和设备的 安全稳定运行周期。因此所有涉及人、设备安全的联锁切除与投用都必须有相关 的制度和程序去约束操作人员的行为，只有通过工艺、设备、电气、仪表 DCS 四方面共同认可的切除条件进行切投操作，才能有效防止设备误动作停车，长周 期稳定运行。