自动化仪表 (DCS)常见故障以及预防性维护分析

李世彪

摘 要：近年来，有色冶炼产品对国民经济发展的作用愈加突出，更加需要加强生产制备状态下不同参数的把控，充分发挥出自动化仪表的功能优势。自动化仪表在长时期使用中会显露出一些问题，影响到有色冶炼产品质量。所以，准确了解自动化仪表故障，是制定合理处理策略的基础。本文主要从自动化仪表（DCS）概况、生产中的DCS故障、DCS系统日常管理和故障防范和维护措施等方面展开分析，以作借鉴。

关键词：自动化仪表（DCS）;常见故障;预防性维护

工业的快速发展，客观上提高了机械设备的技术标准，尤其表现在有色冶炼产业自动化方面。日常的工业生产中，自动化仪表发生异常故障必然会对生产状况造成影响，进而限制了冶炼企业的效益。所以，分析研究自动化仪表的故障问题，是更好地优化处理办法的重要措施。

1自动化仪表（DCS）概况

1.1基本原理

近年来，自动化监控系统中广泛使用自动仪表和自动化控制技术。DCS系统，简称分散控制系统，主要利用了通讯原理，以数据公路作为支撑DCS系统的主干，用于系统部件之间的通讯网络，数据公路设计基本决定了系统的灵活性和安全性。与传统技术相比，自动化仪表具备的连续工作和数据检测功能，便于操作人员利用管理端的参数仪表报数，对系统进行控制;利用软件编程保障系统地自动化处理，维护系统组件的正常运行，提高了设备利用率。自动化仪表的持续检测功能，使系统运行质量明显提升，在危险发生时，能够立即启动预警和报警装置。

1.2应用优势

DCS系统具有数据信息记录功能，通电状态下永久保存，能够记忆不同状态，进行数据处理，为实现连续性的有色冶炼生产和完整记忆奠定基础，加强了生产全过程的控制。DCS系统逐渐加入同步、异步两类通讯手段，同步通讯是以时钟信号，对数据传输、接收状态进行调节，而异步网络未设置时钟报告系统。

1.3主要功能

DCS系统，是仪表计算自动化的具体体现，使表计算速度、准确度明显提升，计算功能更加强大。自动化仪表以此具备了复杂计算功能，使计算结果更为精确。仪表运行强调最值的明确化，从而简化操作流程，大大提升了整体运转效率，使仪表计算功能的应用优势更加突出。有色冶炼产品基于电子计算机技术进行构造、特征、规律的分子设计，放大了绿色精细有色冶炼产品的关键因素，使生产过程安全、环保。

1.4故障监测与判断能力

仪表需要对有色冶炼生产环节的数据信息完整记录，优化了传统有色冶炼设备以硬件设备为主、故障位置确定时间长的不足，将DCS系统的故障监测功能应用于仪表自动化，從而加入了微机处理系统，以便于对故障进行数据信息的科学分析，快速完成故障位置的确定，大大提升了故障排除与检修效率，有利于设备运行故障发生后排查时间和检修时间的大幅度缩减，使有色冶炼生产的平均效率明显提升，例如，气相或液相的色谱仪器利用色谱分离法科学分离化学混合物，使其中混杂的不同化学成分含量更加准确。

1.5计算能力和准确率

有色冶炼生产过程要求实时测试和计算各个阶段的数据信息，线性处理、自检校正、测量值与工程值转换、抗干扰等都是测量器件可能出现的问题。在机械设备中合理安装DCS系统，是这些问题的处理过程依靠应用软件来完成，从而缩减了相关人员的工作量，使设备的处理能力更加完善，可以由自动化仪表完成检索操作、数据处理记忆等功能，同时结合了设备内部微型计算机的保存功能，使数据存储、记忆质量和运行效率等功能都有了大幅度提升，更加适应了机械设备的运行状况。

2生产中的DCS故障

2.1人为因素导致

一是管理制度不完善。操作人员在电厂USB端口与辅助控制网不完全封闭的状态下，与外部设备通过USB端口连接起来，会增大设备死机的可能性;如果在DCS未备份、POKI操作战软件未升级时，硬盘发生操作性失误，系统运行发生瘫痪问题时常发生，中断通讯网络的正常运行。二是操作流程不规范。电厂XDPS系统内DEH故障发生后，不能准备相应的备品，会使故障器的更换时间明显延缓;大修之后未作调整就沿用MEH逻辑的方式，往往会出现画面显示无效的状况，人机接口站呈现数据闪频问题。三是人员操作失误，DCS继电器的操作过程出现失误，会造成锅炉内的MFT发生跳闸问题;DCS卡件常会因为操作人员不能及时核查其中的跳线为引发，使卡件更新后已然出现燃烧问题。

2.2系统自身问题

一是DCS软件问题。除氧器中的水位控制回路逻辑，是在修改高加水位控制逻辑后形成，不彻底修改情况，只会降低PID参数的准确性。二是系统接口问题。200MW电厂内，供电组会在并网过程中会设置一条传输线路于DEH与并网信号之间，导致机组运行期间抖动异常，引发汽轮机跳闸。三是系统配置问题。200MW电厂机组的DCS改造，在未计算出系统负荷率的情况下进行配置，会增大调试几率，一般表现为90%以上，大于1分钟的操作时间。四是控制器故障。300MW电厂机组的CPU运行故障发生时，会直接降低CPU切入主控的速度，使设备操作无法顺利展开。五是网络通讯故障。600MW电厂机组发生的汽轮机大摆动情况，M5控制器转速降为Or/min，控制器的通讯过程中时常发生数据遗漏问题。

2.3系统电源故障

系统电源故障，会破坏自动化仪表的运行状态，具体成因表现为为准备备用电源、插头接触不良、空开容量偏低，以及负载线路不适应、电路元件受损等情况。操作人员必须针对DCS系统的常见故障，制定相应的检查机制，以便于空开容量和设备接线不良状况的及时发现，做好电源和设备的清理工作;实时观察电源运行和指示灯显示，确定其运行状态。

2.4系统运输故障

DCS系统运行阶段，仪表显示数据要实时传送系统系统，而新设备的不合理加入，会直接引发系统的传输故障，影响到动态数据服务器的更新效率，偏离系统运行的实际状态。如此一来，设备死机，正常运行状态很难保持下去。工作人员必须针对此问题，编制相应的DCS组态检查计划，尽可能地降低无效点的出现几率。动态数据服务器在连接设备后，需要再次检查接口，确保系统与设备软件的应用版本相统一，不会影响正常运行。

2.5系统干扰故障

自动化仪表所处的复杂环境，使其更容易因外部干扰发生故障，主要表现为接地方式不正确、系统屏蔽故障几种，导致系统运城参数错误，影响到设备运行的稳定性。为了更好地控制系统干扰故障，工作人员必须定期检测接地系统状况。仪表信号呈现大于4Ω的接地电阻值时，工作人员必须及时进行调整。一般情況下，DCS控制信号也会受到切换电源、大功率通讯设备的影响，做好屏蔽处理非常重要，同时干扰源所在区域要留有一定空间，以控制系统可能受到的干扰性。

3自动化仪表（DCS）的日常管理

仪器设备管理，基于企业生产所需不同的仪表数量、类型，采用分级量化方式，但会增大全面管理的难度。将仪表明确区分开来，是落实管理制度的重要基础，对具体的任务要求和负责人都能逐一明确。

一级管理项目一般采用区域划分方式，明确责任人及其任务范围。二级项目管理的要求较高，与项目自身所需的仪表设备技术含量高直接相关，需要配备专业人员完成设备操作、检查、测试等环节，最大程度地降低故障的发生几率。方案设计要求区别对待仪表的各类问题，制定相应的预防措施，保障使用期限内设备的良好运转。使用自动化仪表的具体年限，通常受所处环境的制约，加强使用环境管理十分重要，关注压力值、温度值的具体变化。

仪器设备的使用环境，基本决定了故障记录和成因分析方式，并且做好相应的记录工作，确保故障成因、处理措施等信息的完整性，便于后期的分析、判断和处理。工作人员要对重要仪器建立专业的信息档案，具体包含设备使用的周期、年限等信息，作为相关人员了解仪器使用状况的重要资料，便于后期的维护和修理。

4 DCS系统故障防范和维护措施

4.1运行和启停维护

工作人员要在系统停运时清理主机、机柜滤网、风扇等构件的残留灰尘;逐一检查DCS系统及其各个接口，再次处理其中的关键信号;在每一次的系统大修之后严格按照操作流程完成上电条件的确认;DCS系统要在机组检修期间完成CPU、数据站、DPU、操作站等构件的复位处理;冗余检测多个系统，如冗余电源、服务器、通讯网络等;检查设备的网络运行、人机接口站、设备切换状况，都要在停电状态下完成。

设备运行故障发生后，技术人员要及时进行检修维护，抢修、冒进都属于不合理行为，将相应的防护、隔离措施落实到位。分析研究引发系统报警地因素和自诊断结果，准确判断出故障的源头所在，提升各项措施措施的可靠性。一旦大规模的出现运行故障，更换设备是主要的处理办法，与相关人员保持良好沟通，便于异常故障的发现和处理。DCS故障的处理过程，必须在规则制度的要求内，完成跳线卡件的更换。

设备的日常维护，要求依照国家规章制度和行业指标落实相关流程，使管理DCS系统的制度体系完善化。整个过程要在电子间的封闭状态下完成，湿度、纯净度、温度都要符合空气质量规范;机柜风扇需要由专业巡检人员检查一次，将工序流程和问题处理措施等情况都要记录完整，维护风道内的通畅。系统良好的供电状态，是确保电路设备电源正常供电的基础，在故障发生时，由另一路警报启动，防止发生系统停运状况。

4.2设计与调试

编制故障紧急处理方案，要以设备特点和工况为基础，合理设置手操装置、操作站和紧急停电按钮。系统调试要依照相关流程检测回路和逻辑，使运行参数准确可靠。系统控制逻辑的分配要分散化，一个控制器内不能过于集中，以冗余配置方式进行关键控制器的分配。电源设计，强调设计人员的前期设计必须合理，结合负荷量大小，为两路电源的独立奠定基础。DCS系统接口、关键部位接口、冗余度都需要电厂人员的高度重视;对其同周围的干扰物要做好清理工作，为接地故障的及时处理提供保障。

4.3断电处理

自动化仪表检修，强调首先判断出设备故障所在，以及具体的差异状况。设备检测必须在停电状态下开展，确保仪器检查深度符合预期要求。例如，检查仪表接线是否正确，胶皮脱落、线路变形问题是否存在，是主要的判断依据。检测散热和电压器一类设备的运行状况，防止设备因热量过大影响运行状态，一旦发现必须断电检修。

4.4测量数据信号

测量仪表信号可用的方式多样，检测人员必须以实际检测状况为基础，合理选择测量方式，掌握设备故障成因，制定相应的解决措施。而故障判断准确率和工作效率的有效提升，工作人员可以利用混用多种检测方式，使检修过程更加专业化。

结束语

科技水平的快速提升和工业的飞速发展，使自动化仪表成为了有色冶炼产业日常生产中的必要设备，其应用范围不断拓宽。但是自动化仪表的长期使用，各种异常故障时常发生，进而影响到企业生产状况，必须采取有效的检测、维修措施，通过加强分析研究故障，提升应急预案的科学性，确保设备在使用周期内正常运转，维护企业的生产效率，为企业的经济效益最大化奠定坚实的基础。

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