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摘要：随着社会经济和科学技术的高速发展，DCS控制系统(分散控制系统)已趋于成熟，其安全可靠性大大提高，几乎完全能满足火力企业的生产和安全需要，特别是中文版的DCS控制系统更是受到国内火力企业的青昧。本文根据某火力发电企业的DCS控制系统在运行及检修、维护中出现的问题，总结出DCS系统在运行过程中易出现的故障、原因及解决措施和日常维护技巧。
关键词：DCS控制系统；概述；故障分析；维护技巧
DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System)，它将数字技术、微电子技术、通讯技术、屏幕技术与控制紧密结合，使控制技术面目一新。国内自控行业又称之为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。传统控制系统采用不同功能组件组合实现机组控制策略，信号问联系采用硬线连接。DCS系统采用软件组态实现机组控制策略，重要信号采用冗余，信号之间通过通讯网络实现信息共享。随着使用年限的增加，DCS系统表面看起来运行正常，似乎没有问题，实际上在现场恶劣环境的影响下，板卡的某些局部电路已不能达到应付现场突发性事件的要求。虽然系统硬件在上电(或Reset)后首先进行硬件自检，同时在装载属性时又进行合法逻辑测试(软件部分)，系统运行过程中也不断地进行自我诊断，但是考虑到系统的响应时间要求以及系统内存容量的限制，以上诊断只是对系统硬件进行简单扫描，而没有深入细致地对系统硬件的各个部分进行全面的测试，难以应付某些突发事件。本文以商洛炼锌厂硫酸车间DCS系统为实例，分析了系统运行3年多时间内出现的常见故障，并对DCS系统的日常维护与检修进行了探讨。
1 DCS系统故障分析及处理
1.1 DCS机柜(主机)系统
商洛炼锌厂硫酸车间DCS系统共有两组机柜，每组机柜由UPS、CPU、通讯设备、I／0模块等组成。机柜最容易发生故障的地方是电源系统和通讯系统。DCS电源由UPS提供，UPS很好的解决了电压和电流的波动冲击，但UPS本身的质量也会影响到DCS的连续使用。商洛炼锌厂制酸子系统机柜UPS于2012年4月发生故障报警，已使用3年，经检查为电池组电量耗尽，且不能充放电，经更换新的UPS后供电正常。通讯设备及网络也是容易发生故障的元件，商洛炼锌厂焙烧子系统与制酸子系统采用光端机进行通讯，光端机对温度的要求比较苛刻，温度过高容易烧毁通讯光口，商洛炼锌厂焙烧机房虽已采用空调降温，但由于光端机本身质量问题及外部环境因素的影响，曾先后出现两个光端机的光口损坏，导致焙烧子系统与制酸子系统无法通讯，影响生产调度对工艺数据的监控，后经更换新光端机后，通讯正常。对于DCS系统的CPU单元，商洛炼锌厂采用了高性能的处理芯片，运行至今CPU故障率为0。但对于DCS机柜系统的故障预防仍不可掉以轻心，应加强焙烧机房及制酸机房的管理水平，严格管理空调的运行，控制室内温度在25℃(±3℃)；定期除尘，使DCS的外部环境符合其安装运行要求；正常检修、维护时，严格采用防静电设备，防止人为对机柜系统造成损害。
1.2 DCS系统I／0端口
DCS中使用最多同时也是故障最多的部分是I／O端口。商洛炼锌厂DCS系统使用的I／0模块共包含AI、AO、DI、DO四种。其中AI模块故障率最高，AI模块又分为DC4～20mA(两线制变送器、四线制变送器)信号、热电偶信号和热电阻信号3种模块。两线制变送器由I／0端口提供DC24V电源，由于现场变送器信号线的短路引发AI模块端口烧毁的故障率最高。因此要减少I／0模块的故障就要保证外部的各种干扰降到最低，对于主要的干扰源或重点监控设备要在现场设备和I／0端口之间加装隔离变送器，以便对1／0端口进行保护。
1.3 现场检测、控制设备
DCS系统故障率最高的设备为现场设备。表3为商洛炼锌厂硫酸车间DCS系统现场故障率最高的几个方面。
变送器、热电偶／阻类。
这一类设备主要为现场仪表检测系统，包括压力、物位、流量、成分及温度。反映在DCS系统中一般为测量值不准确或者为量程上下限。
要求在仪表设备安装时，将信号电缆与电力电缆分开敷设，且信号电缆的屏蔽层应单端可靠接地，如有必要应在DCS组态软件中对其进行软件滤波。
(2)继电器类。
生产车间DCS系统中消耗量最大的电气元件为继电器和各种开关。分析其原因，除了设备本身的质量问题及使用次数的频繁之外，现场环境恶劣，接触器触点易打火或氧化也是一个重要原因。因此在现场要使用密闭性较好的盘柜，尽量选用高性能的继电器和开关，改善电气元件的使用环境，降低故障率。
(3)电缆类。
这类故障主要表现在电力电缆、信号电缆、接地电缆的故障，对于电力电缆和接地电缆，在工程设计、安装时要严格按照规范敷设电缆；对于信号电缆，除了要规范敷设，还要注意屏蔽层的单端接地，日常维护中要注意电缆的磨损情况，防止多端接地。
故障率的降低不仅要靠热工人员的日常巡检、维护，更要靠车间操作人员加强对生产工艺的熟悉和对安全操作规程的重视，严格执行相关的规定，从生产现场、中心操作室到控制机房都给予DCS系统一个良好的运行环境。
2 DCS系统的检修
DCS系统是一个庞大的自控系统，涉及到电气、仪表、机械等多种专业，如何进行日常检修与维护，直接关系到生产系统的稳定长久运行。
2.1 系统预防性维护
每年对DCS进行一次大检，及时处理系统故障，并利用系统大修进行整体预防性维护，维护工作有以下几点：(1)对操作站以及控制站包括电源箱、计算机内部等进行停电检修，并对此零部件进行清洁。(2)检查系统接地、供电系统设置，进行接地电阻测试(3)对DCS系统冗余进行测试
2.2 检修维护的内容与意义
检修维护的目的，就是为了采用正确的方法和手段，确保DCS系统处于完好、准确、可靠状态，从而保证生产过程运转正常的需要。DCS系统检修的主要内容包括：系统停运前各部件状态检查；系统停运后要对各部件进行外观检查等一般性检查，对系统控制装置、模件等硬件设备按反映技术指标所必须的项目进行测试或检验，以校验各硬件设备技术特性满足相关要求；对系统软件及应用软件进行逻辑检查和功能试验，以确保软件功能的完整性，并满足生产工艺流程的要求，从而保证分散控制系统安全可靠运行。
2.3 DCS系统检修项目及时间
根据工控机、机柜系统和现场设备的特点，规定DCS系统有大检修与小检修。大修项目包括：对自控／远控设备进行全面检查并作好记录；拷贝组态软件，核实模件的地址，组态软件装载及检查，测量模块校验，保护联锁试验；清扫机柜电源、CPU及各种模块，清理机柜防尘滤网，对机柜进行防尘、密封处理，更换冷却风扇；处理运行中无法处理的故障，检查、紧固机柜接线及固定螺丝，现场设备检修，电缆及其附件的检查、更换。小修项目包括清理盘柜防尘滤网；检查各种冷却风扇、电源、CPU及各种模件的工作状态；硬件设备功能试验，消除运行中无法处理的故障；不影响生产的现场设备检修、I／O模块校验。大修项目一般利用车间大检修的时间，小检修规定为每月一次或根据生产设备运行情况随时安排。
3 结语
DCS系统是计算机技术和自动化技术发展的结果，根据商洛炼锌厂3年多的运行实践及检修维护经验，在处理某一处故障时，从DCS系统的整体性角度去考虑，往往可达到事半功倍的效果。文章针对DCS系统在生产应用中出现的故障及各类问题，对系统机柜CPU、通讯设备、I／O模件以及现场各类电气、仪表设备故障原因及日常检修维护进行了分析研究，提出了相应的改进措施，供广大生产和维护人员借鉴和参考。
参考文献：
[1]王常力，罗安．分布式控制系统(DCS)设计与应用实例[M]．北京：清华大学出版社，2014．
[2]田善江．DCS系统在锌冶炼烟气制酸中的应用[J]．硫酸工、I，2018，(3)：47—52．