张权权 禹俊 岳茂胜 石茗匀
四川红华实业有限公司 四川峨眉山市 614200）
摘要：某工厂工艺DCS系统已运行近十年，由于主工艺系统连续生产的特点，无法对整个DCS系统采用离线的方式进行保养维护。为及早发现潜在的故障和隐患，并进行相应的处理，保证生产连续性，采用了在线方式进行点检，本文重点研究在线点检过程的主要技术难点，并有针对性的制定了应对措施，确保了该工厂工艺DCS系统点检的顺利实施。
关键词：DCS；在线点检；风险及应对
Abstract：The L factories’DCS system has been running for ten years,due to the main process natur,the whoLe system can not be maintained in an offine way,therefore,the maintenance status of the hardware and software of the control system is tested by online checking ,so as to ensure the continuous and stable operation of the main process system.This paper focuses on the main technical difficulties of online checking and puts forward measures to ensure the continuous and steady operation of the technology.
Key words: DCS; onLine check; risk; measures
1．引言
DCS系统是一种“分散式控制系统”，其中工程师站、操作员站、过程站以及所连接的现场设备是一种紧密联合的关系。如果DCS系统缺乏专业的系统维护，可能会出现异常情况并导致整个系统部分或全部设备处于失控状态，进而影响生产安全。
由于DCS控制系统过程站的硬件结构特性及工艺生产的连续性要求，运行期间，除仪表人员日常巡检、故障处理及半年一次的设备小修以外，未对DCS系统进行过专业的维护保养工作。
DCS系统作为一种电子产品，在长期通电状态下，其元器件可能会存在不同程度老化，导致精度下降、信号漂移等问题。定期进行全面、专业和深度的DCS系统点检，可以及早发现故障隐患并进行相应的处理，做到防范于未然，降低事故发生率，提升系统安全性，保证生产连续性，。通过专业的维护保养，能有效遏制系统的老化速度，减少系统损伤，延长DCS系统使用寿命。
通常情况下自动化工厂的DCS系统点检主要采取停机方式进行，此类点检方式可以在设备停机检修期间对控制系统进行无扰动检测。由于部分生产系统工艺连续性要求，无法进行离线点检，因此，采取在线点检方式。为避免在线点检期间对工艺系统造成扰动，本文主要研究如何在不停机的情况下开展点检工作。
2．工艺DCS系统控制对象及系统结构
2.1 工艺DCS系统控制对象及影响
本文介绍的工艺系统主要包括A系统、B系统、C系统，分别由两套独立的DCS系统进行控制，工艺流程为：供料阶段C→A；取料阶段A→B→C。A-DCS和B-DCS系统主要通过BY机、调节器、电动阀门等工艺设备对主工艺系统进行控制和运行状况调整，其稳定运行是提供合格产品的基础，若是由于设备意外停机或者误报警信号引起联锁误动作，可能会影响产品产量，甚至有可能造成主工艺设备损坏。C- DCS系统通过电动调节阀和电磁气动阀等工艺设备对供料压力进行调节和控制，其控制效果直接影响整个工艺系统的供料和取料的稳定性。
2.2 DCS系统结构
DCS系统是一个由过程监控级和过程控制级组成的以通讯网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。系统主要由操作员站、工程师站、过程过程站、通讯网络及现场设备等组成，其网络结构如图1所示：
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DCS系统以现场过程站为单位控制分散于各个厂房内的现场设备，并通过网络传输给中央控制室的操作站，以实现分散控制、集中管理。
3． DCS系统在线点检风险分析
DCS系统点检运用专业的检测维护手段，对DCS操作站、过程站设备进行检测分析，主要包括以下方面：系统通讯网络测试、系统冗余功能测试、系统供电检测、系统接地检测、系统磁场检测、系统温湿度检测、过程站IO卡件检测、主控卡更换电池、机柜卡槽除尘等，其实施过程中存在一定风险。
3.1 A-DCS系统点检风险
01-1厂房BY机为工艺管道持续补充压力，当管道内压力出现变化时，自动启停BY机，调节管道内压力，其启停功能控制信号通过DCS柜内的继电器控制通道传递，若点检过程中，该信号发生跳变，可能会引起设备非正常启停，造成工艺管道内压力波动。
3.2 B-DCS系统点检风险
3.2.1 联锁事故保护误动作
DCS自动控制联锁是指系统设计时为考虑工业生产运行的可靠、安全性，定义的自动控制方式，当某一条件触发后，相关联的动作会自动执行。在主工艺DCS系统组态控制联锁关系里,当位于01主工艺管道上的压力、流向、温度等仪表检测管道内参数达到报警设定值，会向DCS过程站传递报警信号，根据此报警信号，DCS系统判断管道内压力、流向、温度等不符合工艺运行要求，立即采取保护联锁动作，开/关阀门，改变工艺运行状态。在点检过程中涉及到较多对I/O卡件的插拔工作，此过程容易引发浪涌信号，导致信号短时间内达到报警值，触发联锁动作。图4为某压力仪表因为断电、上电所产生的浪涌信号图。图2中浪涌信号值远高于该类仪表正常输出值，达到了报警设定值，如果未采取相应的控制措施，会立即引发联锁动作，对工艺系统造成严重影响。
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3.2.2 站间通讯联锁误动作
站间通讯联锁通过过程站之间通讯网络实现（主控卡-交换机-主控卡），其联锁范围不固定，可以从当前PS过程站到另外任意一个PS过程站。以机组中的全厂停电信号分析，其程序如图4所示，全厂停电信号输入卡件通道如图5所示。
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如图7所示， 2#机笼第3块卡件的08通道，接入全厂停电的检测信号，若此信号为ON（全厂停电），则达到触发站间通讯联锁的条件，16#过程站向1-15#所有过程站发出全厂停电信号--TDI为ON的信息，根据此信息，每个过程站会进行预设的联锁动作。
此类联锁涉及范围较广，影响点位不固定，触发后造成影响较大。若是在点检过程中因误操作或者卡件插拔引起本过程站内信号跳变，可能会发出站间通讯报警联锁信号，导致非点检范围内过程站设备联锁动作。
3.2.3 调节器误动作
调节器分为压力调节器及流量调节器，可对管道内压力、流量进行微调。通过控制室内操作站，可以远程开关及设置调节器的调节值。此功能在DCS硬件连接为继电器开关控制的两个通道，如图6所示
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点检过程中需拔出过程站内FW373卡件进行检测，在拔出卡件后，DCS过程站无法向阀门控制器提供正常所需模拟量输出信号，现场阀门开度将会发生变化，可能会引起工艺管道内压力及流量变化。
3.3.2 C-DCS系统电磁气动阀
C-DCS系统电磁气动阀是工艺管道事故保护阀门。当管道内压力或者流量超过正常工艺运行允许值时，迅速截断管道产品及压力供应，保护A系统工艺设备安全。
电磁气动阀开关为24V信号控制，24V信号接通则阀门保持开状态；24V信号断开则阀门保持关状态。DCS系统通过FW367卡件输出继电器信号控制24V信号回路通断的方式控制阀门开关。电磁气动阀控制如图8所示：
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点检过程中需拔出过程站内FW367卡件进行检测，在拔出卡件后，DCS过程站无法保持阀门24V信号通道接通，开状态的电磁气动阀会立即关闭，中断管道内产品及压力供应，造成A系统工艺管道压力大幅波动。
4．在线点检技术措施研究
DCS系统点检为在线点检，为避免点检过程中的误操作、信号突变等触发连锁动作，影响工艺稳定运行，需尽可能的屏蔽点检部位的联锁信号，并切除该部位的所有自动控制功能。
4.1过程站自动联锁控制功能屏蔽
自动联锁控制功能的实现都始于现场一次表的报警信号，只有当事故保护联锁仪表检测到现场工艺参数达到报警值才会发出联锁动作的第一道信号。为避免此类仪表信号在插拔卡件过程中发出误报警信号，点检前须在监控画面将点检部位的该类仪表报警功能屏蔽。此方法可以从信号产生的源头避免仪表波动引发的误报警信号。
4.2站间通讯联锁功能屏蔽
DCS系统以现场过程站为单位进行自动控制，过程站与过程站之间可通过主控卡前的SCNET网络进行通讯。站间通讯联锁即一个过程站发出联锁报警指令，通过站间通讯网络传递到公共区域，需要获取这个信息的其他过程站通过网络获得指令后，采取相应联锁动作。站间通讯示意如图9所示：
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现场阀门只有在工艺事故发生或者重大操作时才需动作，阀门电机断电并不影响正常工艺稳定运行，若发生工艺事故，可通过手动方式操作现场阀门。
4.3.2特殊电动阀门保护措施
现场阀门中有两种特殊阀门需要特别注意：FW373卡件控制的电动调节阀以及FW367卡件控制的电磁气动阀。
（1）电动调节阀保护措施
为避免DCS系统点检影响现场电动调节阀状态，初步形成两套安全方案：将阀门控制器切为就地控制；断开阀门FW373模拟量输出信号。为测试点检过程对电动调节阀开度的影响，减少对工艺系统的扰动，对上述方案进行了测试工作：
1）测试就地/远控切换过程对调节器开度的影响
选用备用状态下电动调节阀进行就地/远控切换测试工作，经过测试确定，若将电动调节阀控制器的控制方式从远控自动切为就地控制，则电动调节阀的阀位会根据控制器的初始预设值变动，引起管道内压力大幅波动。
2）测试断开FW373模拟量输出后，电动调节阀开度的变化情况。
选用备用状态下电动调节阀，当工艺管道参数稳定后，断开FW373模拟量输出，观察电动调节阀开度的变化。经过测试确定，将FW373模拟量输出断开后，电动调节阀立即全关，接通FW373模拟量输出后阀门恢复到信号断开时的位置。
由于以上两种方式均会引起管道内压力波动，不满足现场工艺要求。经过查询控制系统组态及算法，共三个此类阀门，这三个阀门设置在一个过程站的三个不同的机笼内，且每个机笼内信号输入、输出只关联本机笼，机笼之间没有关联信号。过程站机笼如图11所示：
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为减少点检过程对工艺生产的影响，采用对“开”状态电磁气动阀的对应信号输出通道进行短接的方式，确保电磁气动阀状态不受点检影响。
4.4保障现场设备连续稳定运行措施
在线点检必须保证现场工艺参数稳定可控，BY机、调节器等是影响工艺参数的主要设备，点检工作时需要保证这些设备正常运行。
4.4.1 调节器措施
为确定点检过程对于现场调节器的影响情况，选用备用管线调节器进行了测试工作。
测试结果显示，在工艺管道内参数稳定后，断开和接入DCS输出信号，观察现场调节器刻度及管道内参数均无变化，判断插拔DCS卡件对于现场调节器运行无影响。调节器测试趋势如图13所示。
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BY机的启动和停止在DCS系统组态中以两个通道的通、断来控制，如图16所示：
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当BY机需要启停时，DCS会给BY机柜传递启停命令，BY机柜再将命令转发给现场BY机。现场BY机柜具有手动启停功能，若点检过程中补压机需要紧急启停，可以直接现场手动操作BY机柜。因此点检过程中可不对BY机做屏蔽措施，只需点检时巡检人员注意现场设备的工作状态，及时手动切换。
5．技术措施过程控制及实施结果
5.1 A-DCS系统安全措施实施情况
A-DCS系统在线点检过程中，根据前期测试数据及风险评估结果，未对现场BY机采取屏蔽措施。点检实施过程中，工艺人员巡检现场BY机运行状况，未对工艺运行造成任何干扰。
5.2 B-DCS系统安全措施实施情况
B-DCS系统在线点检过程中，采用上位机软件屏蔽联锁信号、现场切除联锁设备、屏蔽站间通讯触发信号等多重保护措施，无一例联锁保护事件触发，有效确保了现场工艺设备不受在线点检影响。
5.3 C-DCS系统安全措施实施情况
C-DCS系统在线点检过程中，针对现场电动调节阀及电磁气动阀的特殊情况，采用以机笼为单位点检备用装置的方式有效避免了电动调节阀动作对于工艺管道参数的影响；采用对开状态电磁气动阀的对应信号输出通道进行短接的方式，确保了电磁气动阀不受点检影响。
6. 总结
在线点检需在不影响工艺运行的条件下，完成对整个DCS控制系统的软硬件及功能检测，其难点在于点检过程中不可影响生产运行的稳定性。通过对DCS系统控制过程以及对主工艺可能造成影响的分析研究，结合大量相关测试工作，以及详细的安全技术措施，本次在线点检工作顺利实施，未对工艺运行造成任何影响，得出以下结论：
（1）由于DCS控制系统的可靠性、安全性等要求，需定期对控制系统进行点检工作。
（2）工艺生产的特殊性，导致无法采用目前通用的停机点检方式进行控制系统检测维护，只能进行在线点检。
（3）DCS系统在线点检若没有采取有效应对措施，存在一定风险，主要包括A-DCS系统、B-DCS系统的联锁控制、站间通讯、现场阀门状态保持及C-DCS系统的电动调节阀、电磁气动阀等，其中风险最大的为电动调节阀。