DCS系統(tǒng)在線點檢風(fēng)險評估與對策探究

1、DCS系統(tǒng)在線點檢風(fēng)險評估與對策探究摘要：某工廠工藝DCS系統(tǒng)已運行近十年，由于主工藝系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)的特點，無法對整個DCS系統(tǒng)采用離線的方式進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。為及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障和隱患，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，保證生產(chǎn)連續(xù)性，采用了在線方式進(jìn)行點檢，本文重點研究在線點檢過程的主要技術(shù)難點，并有針對性的制定了應(yīng)對措施，確保了該工廠工藝DCS系統(tǒng)點檢的順利實施。關(guān)鍵詞：DCS；在線點檢；風(fēng)險及應(yīng)對Abstract：The L factoriesDCS system has been running for ten years,due to the main process natur,the whoLe s

2、ystem 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 onlin

3、e checking and puts forward measures to ensure the continuous and steady operation of the technology.Key words: DCS; onLine check; risk; measures1引言DCS系統(tǒng)是一種“分散式控制系統(tǒng)”，其中工程師站、操作員站、過程站以及所連接的現(xiàn)場設(shè)備是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系。如果DCS系統(tǒng)缺乏專業(yè)的系統(tǒng)維護(hù)，可能會出現(xiàn)異常情況并導(dǎo)致整個系統(tǒng)部分或全部設(shè)備處于失控狀態(tài)，進(jìn)而影響生產(chǎn)安全。由于DCS控制系統(tǒng)過程站的硬件結(jié)構(gòu)特性及工藝生產(chǎn)的連續(xù)性要求，運行期間，除儀表人員日

4、常巡檢、故障處理及半年一次的設(shè)備小修以外，未對DCS系統(tǒng)進(jìn)行過專業(yè)的維護(hù)保養(yǎng)工作。DCS系統(tǒng)作為一種電子產(chǎn)品，在長期通電狀態(tài)下，其元器件可能會存在不同程度老化，導(dǎo)致精度下降、信號漂移等問題。定期進(jìn)行全面、專業(yè)和深度的DCS系統(tǒng)點檢，可以及早發(fā)現(xiàn)故障隱患并進(jìn)行相應(yīng)的處理，做到防范于未然，降低事故發(fā)生率，提升系統(tǒng)安全性，保證生產(chǎn)連續(xù)性，。通過專業(yè)的維護(hù)保養(yǎng)，能有效遏制系統(tǒng)的老化速度，減少系統(tǒng)損傷，延長DCS系統(tǒng)使用壽命。通常情況下自動化工廠的DCS系統(tǒng)點檢主要采取停機方式進(jìn)行，此類點檢方式可以在設(shè)備停機檢修期間對控制系統(tǒng)進(jìn)行無擾動檢測。由于部分生產(chǎn)系統(tǒng)工藝連續(xù)性要求，無法進(jìn)行離線點檢，因此，采取在

5、線點檢方式。為避免在線點檢期間對工藝系統(tǒng)造成擾動，本文主要研究如何在不停機的情況下開展點檢工作。2工藝DCS系統(tǒng)控制對象及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 工藝DCS系統(tǒng)控制對象及影響本文介紹的工藝系統(tǒng)主要包括A系統(tǒng)、B系統(tǒng)、C系統(tǒng)，分別由兩套獨立的DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制，工藝流程為：供料階段CA；取料階段ABC。A-DCS和B-DCS系統(tǒng)主要通過BY機、調(diào)節(jié)器、電動閥門等工藝設(shè)備對主工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制和運行狀況調(diào)整，其穩(wěn)定運行是提供合格產(chǎn)品的基礎(chǔ)，若是由于設(shè)備意外停機或者誤報警信號引起聯(lián)鎖誤動作，可能會影響產(chǎn)品產(chǎn)量，甚至有可能造成主工藝設(shè)備損壞。C- DCS系統(tǒng)通過電動調(diào)節(jié)閥和電磁氣動閥等工藝設(shè)備對供料壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)

6、和控制，其控制效果直接影響整個工藝系統(tǒng)的供料和取料的穩(wěn)定性。2.2 DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DCS系統(tǒng)是一個由過程監(jiān)控級和過程控制級組成的以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。系統(tǒng)主要由操作員站、工程師站、過程過程站、通訊網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場設(shè)備等組成，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DCS系統(tǒng)以現(xiàn)場過程站為單位控制分散于各個廠房內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央控制室的操作站，以實現(xiàn)分散控制、集中管理。3 DCS系統(tǒng)在線點檢風(fēng)險分析DCS系統(tǒng)點檢運用專業(yè)的檢測維護(hù)手段，對DCS操作站、過程站設(shè)備進(jìn)行檢測

7、分析，主要包括以下方面：系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)測試、系統(tǒng)冗余功能測試、系統(tǒng)供電檢測、系統(tǒng)接地檢測、系統(tǒng)磁場檢測、系統(tǒng)溫濕度檢測、過程站IO卡件檢測、主控卡更換電池、機柜卡槽除塵等，其實施過程中存在一定風(fēng)險。3.1 A-DCS系統(tǒng)點檢風(fēng)險01-1廠房BY機為工藝管道持續(xù)補充壓力，當(dāng)管道內(nèi)壓力出現(xiàn)變化時，自動啟停BY機，調(diào)節(jié)管道內(nèi)壓力，其啟停功能控制信號通過DCS柜內(nèi)的繼電器控制通道傳遞，若點檢過程中，該信號發(fā)生跳變，可能會引起設(shè)備非正常啟停，造成工藝管道內(nèi)壓力波動。3.2 B-DCS系統(tǒng)點檢風(fēng)險3.2.1 聯(lián)鎖事故保護(hù)誤動作DCS自動控制聯(lián)鎖是指系統(tǒng)設(shè)計時為考慮工業(yè)生產(chǎn)運行的可靠、安全性，定義的自動控制方

8、式，當(dāng)某一條件觸發(fā)后，相關(guān)聯(lián)的動作會自動執(zhí)行。在主工藝DCS系統(tǒng)組態(tài)控制聯(lián)鎖關(guān)系里,當(dāng)位于01主工藝管道上的壓力、流向、溫度等儀表檢測管道內(nèi)參數(shù)達(dá)到報警設(shè)定值，會向DCS過程站傳遞報警信號，根據(jù)此報警信號，DCS系統(tǒng)判斷管道內(nèi)壓力、流向、溫度等不符合工藝運行要求，立即采取保護(hù)聯(lián)鎖動作，開/關(guān)閥門，改變工藝運行狀態(tài)。在點檢過程中涉及到較多對I/O卡件的插拔工作，此過程容易引發(fā)浪涌信號，導(dǎo)致信號短時間內(nèi)達(dá)到報警值，觸發(fā)聯(lián)鎖動作。圖4為某壓力儀表因為斷電、上電所產(chǎn)生的浪涌信號圖。圖2中浪涌信號值遠(yuǎn)高于該類儀表正常輸出值，達(dá)到了報警設(shè)定值，如果未采取相應(yīng)的控制措施，會立即引發(fā)聯(lián)鎖動作，對工藝系統(tǒng)造成嚴(yán)

9、重影響。圖2點檢時發(fā)現(xiàn)某壓力儀表浪涌信號圖圖3為某壓力事故保護(hù)聯(lián)鎖程序，此程序定義了觸發(fā)A3事故保護(hù)聯(lián)鎖的事件，以及設(shè)定A3事故保護(hù)觸發(fā)后的聯(lián)鎖動作。當(dāng)儀表達(dá)到報警設(shè)定值的高限或者高高限時，觸發(fā)A3事故（JA3） 。圖3某壓力事故保護(hù)聯(lián)鎖程序3.2.2 站間通訊聯(lián)鎖誤動作站間通訊聯(lián)鎖通過過程站之間通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)（主控卡-交換機-主控卡），其聯(lián)鎖范圍不固定，可以從當(dāng)前PS過程站到另外任意一個PS過程站。以機組中的全廠停電信號分析，其程序如圖4所示，全廠停電信號輸入卡件通道如圖5所示。圖4 全廠停電信號程序圖5 全廠停電信號輸入如圖7所示， 2#機籠第3塊卡件的08通道，接入全廠停電的檢測信號，若此

10、信號為ON（全廠停電），則達(dá)到觸發(fā)站間通訊聯(lián)鎖的條件，16#過程站向1-15#所有過程站發(fā)出全廠停電信號-TDI為ON的信息，根據(jù)此信息，每個過程站會進(jìn)行預(yù)設(shè)的聯(lián)鎖動作。此類聯(lián)鎖涉及范圍較廣，影響點位不固定，觸發(fā)后造成影響較大。若是在點檢過程中因誤操作或者卡件插拔引起本過程站內(nèi)信號跳變，可能會發(fā)出站間通訊報警聯(lián)鎖信號，導(dǎo)致非點檢范圍內(nèi)過程站設(shè)備聯(lián)鎖動作。3.2.3 調(diào)節(jié)器誤動作調(diào)節(jié)器分為壓力調(diào)節(jié)器及流量調(diào)節(jié)器，可對管道內(nèi)壓力、流量進(jìn)行微調(diào)。通過控制室內(nèi)操作站，可以遠(yuǎn)程開關(guān)及設(shè)置調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)值。此功能在DCS硬件連接為繼電器開關(guān)控制的兩個通道，如圖6所示圖6 調(diào)節(jié)器信號通道此類繼電器控制的信號，

11、在插拔卡件的過程中最易發(fā)生信號跳變，導(dǎo)致繼電器吸合或者斷開，直接引起現(xiàn)場設(shè)備動作。3.2.4 工藝管道電動閥門01工藝系統(tǒng)操作均是通過管道上的電動閥門開關(guān)完成，按照正常的工藝運行要求，電動閥門在特定的條件下，都有其對應(yīng)的開度狀態(tài)，若是突然改變可能會對整個相關(guān)聯(lián)工藝管道造成巨大破壞。通過控制室內(nèi)操作站，可以遠(yuǎn)程開關(guān)現(xiàn)場電動閥門。此功能在DCS硬件連接為繼電器開關(guān)控制的兩個通道，在插拔卡件的過程中最易發(fā)生信號跳變，導(dǎo)致繼電器吸合或者斷開，直接引起現(xiàn)場閥門動作。3.3 C-DCS系統(tǒng)點檢風(fēng)險3.3.1 電動調(diào)節(jié)閥C-DCS系統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥是用于調(diào)節(jié)工藝管道內(nèi)壓力的閥門，保障供料系統(tǒng)的穩(wěn)定，處于整個系

12、統(tǒng)的咽喉位置。C-DCS系統(tǒng)通過FW373發(fā)出4-20mA模擬量輸出信號到電動調(diào)節(jié)閥控制器，電動調(diào)節(jié)閥控制器根據(jù)接收到的信號調(diào)節(jié)閥門開度。信號控制流程如圖7所示：圖7保溫箱內(nèi)電動調(diào)節(jié)閥點檢過程中需拔出過程站內(nèi)FW373卡件進(jìn)行檢測，在拔出卡件后，DCS過程站無法向閥門控制器提供正常所需模擬量輸出信號，現(xiàn)場閥門開度將會發(fā)生變化，可能會引起工藝管道內(nèi)壓力及流量變化。3.3.2 C-DCS系統(tǒng)電磁氣動閥C-DCS系統(tǒng)電磁氣動閥是工藝管道事故保護(hù)閥門。當(dāng)管道內(nèi)壓力或者流量超過正常工藝運行允許值時，迅速截斷管道產(chǎn)品及壓力供應(yīng)，保護(hù)A系統(tǒng)工藝設(shè)備安全。電磁氣動閥開關(guān)為24V信號控制，24V信號接通則閥門保

13、持開狀態(tài)；24V信號斷開則閥門保持關(guān)狀態(tài)。DCS系統(tǒng)通過FW367卡件輸出繼電器信號控制24V信號回路通斷的方式控制閥門開關(guān)。電磁氣動閥控制如圖8所示：圖8 電磁氣動閥控制點檢過程中需拔出過程站內(nèi)FW367卡件進(jìn)行檢測，在拔出卡件后，DCS過程站無法保持閥門24V信號通道接通，開狀態(tài)的電磁氣動閥會立即關(guān)閉，中斷管道內(nèi)產(chǎn)品及壓力供應(yīng)，造成A系統(tǒng)工藝管道壓力大幅波動。4在線點檢技術(shù)措施研究DCS系統(tǒng)點檢為在線點檢，為避免點檢過程中的誤操作、信號突變等觸發(fā)連鎖動作，影響工藝穩(wěn)定運行，需盡可能的屏蔽點檢部位的聯(lián)鎖信號，并切除該部位的所有自動控制功能。4.1過程站自動聯(lián)鎖控制功能屏蔽自動聯(lián)鎖控制功能的實

14、現(xiàn)都始于現(xiàn)場一次表的報警信號，只有當(dāng)事故保護(hù)聯(lián)鎖儀表檢測到現(xiàn)場工藝參數(shù)達(dá)到報警值才會發(fā)出聯(lián)鎖動作的第一道信號。為避免此類儀表信號在插拔卡件過程中發(fā)出誤報警信號，點檢前須在監(jiān)控畫面將點檢部位的該類儀表報警功能屏蔽。此方法可以從信號產(chǎn)生的源頭避免儀表波動引發(fā)的誤報警信號。4.2站間通訊聯(lián)鎖功能屏蔽DCS系統(tǒng)以現(xiàn)場過程站為單位進(jìn)行自動控制，過程站與過程站之間可通過主控卡前的SCNET網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。站間通訊聯(lián)鎖即一個過程站發(fā)出聯(lián)鎖報警指令，通過站間通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到公共區(qū)域，需要獲取這個信息的其他過程站通過網(wǎng)絡(luò)獲得指令后，采取相應(yīng)聯(lián)鎖動作。站間通訊示意如圖9所示：交換機圖9 站間通訊重要的站間通訊聯(lián)鎖一般

15、是某一個或者幾個過程站發(fā)出，其他多個過程站只是獲取信息。因此，在點檢過程中可以將發(fā)出信號的過程站的報警信號斷開或者斷開該過程站主控卡的SCNET網(wǎng)線，避免誤報警信號傳遞出去。4.3電動閥門保護(hù)措施4.3.1普通電動閥門保護(hù)措施電動閥門大部分經(jīng)過閥門控制柜與DCS系統(tǒng)連接，對閥門柜整柜斷電即可切斷現(xiàn)場閥門與DCS的連接，如圖10所示。圖10 閥門控制現(xiàn)場閥門只有在工藝事故發(fā)生或者重大操作時才需動作，閥門電機斷電并不影響正常工藝穩(wěn)定運行，若發(fā)生工藝事故，可通過手動方式操作現(xiàn)場閥門。4.3.2特殊電動閥門保護(hù)措施現(xiàn)場閥門中有兩種特殊閥門需要特別注意：FW373卡件控制的電動調(diào)節(jié)閥以及FW367卡件控

16、制的電磁氣動閥。（1）電動調(diào)節(jié)閥保護(hù)措施為避免DCS系統(tǒng)點檢影響現(xiàn)場電動調(diào)節(jié)閥狀態(tài)，初步形成兩套安全方案：將閥門控制器切為就地控制；斷開閥門FW373模擬量輸出信號。為測試點檢過程對電動調(diào)節(jié)閥開度的影響，減少對工藝系統(tǒng)的擾動，對上述方案進(jìn)行了測試工作：1）測試就地/遠(yuǎn)控切換過程對調(diào)節(jié)器開度的影響選用備用狀態(tài)下電動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行就地/遠(yuǎn)控切換測試工作，經(jīng)過測試確定，若將電動調(diào)節(jié)閥控制器的控制方式從遠(yuǎn)控自動切為就地控制，則電動調(diào)節(jié)閥的閥位會根據(jù)控制器的初始預(yù)設(shè)值變動，引起管道內(nèi)壓力大幅波動。2）測試斷開FW373模擬量輸出后，電動調(diào)節(jié)閥開度的變化情況。選用備用狀態(tài)下電動調(diào)節(jié)閥，當(dāng)工藝管道參數(shù)穩(wěn)定后，斷

17、開FW373模擬量輸出，觀察電動調(diào)節(jié)閥開度的變化。經(jīng)過測試確定，將FW373模擬量輸出斷開后，電動調(diào)節(jié)閥立即全關(guān)，接通FW373模擬量輸出后閥門恢復(fù)到信號斷開時的位置。由于以上兩種方式均會引起管道內(nèi)壓力波動，不滿足現(xiàn)場工藝要求。經(jīng)過查詢控制系統(tǒng)組態(tài)及算法，共三個此類閥門，這三個閥門設(shè)置在一個過程站的三個不同的機籠內(nèi)，且每個機籠內(nèi)信號輸入、輸出只關(guān)聯(lián)本機籠，機籠之間沒有關(guān)聯(lián)信號。過程站機籠如圖11所示：1#機籠2#機籠圖11 過程站機籠工藝生產(chǎn)時，只使用三套設(shè)備中的一套，其他兩套處于備用及檢修狀態(tài)。為減少點檢過程對工藝生產(chǎn)的影響，最終決定，將對應(yīng)工藝裝置切換為備用后，再以機籠為單位進(jìn)行點檢。（2

18、）電磁氣動閥保護(hù)措施為確定點檢過程對電磁氣動閥的影響情況，減少對工藝系統(tǒng)的擾動，選用備用狀態(tài)下電磁氣動閥進(jìn)行狀態(tài)測試。測試結(jié)果顯示，電磁氣動閥在斷開FW367輸出信號對應(yīng)通道后立即關(guān)閉；閉合FW367輸出信號對應(yīng)通道，電磁氣動閥立即打開，如圖12所示。圖12 電磁氣動閥測試狀態(tài)趨勢為減少點檢過程對工藝生產(chǎn)的影響，采用對“開”狀態(tài)電磁氣動閥的對應(yīng)信號輸出通道進(jìn)行短接的方式，確保電磁氣動閥狀態(tài)不受點檢影響。4.4保障現(xiàn)場設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行措施在線點檢必須保證現(xiàn)場工藝參數(shù)穩(wěn)定可控，BY機、調(diào)節(jié)器等是影響工藝參數(shù)的主要設(shè)備，點檢工作時需要保證這些設(shè)備正常運行。4.4.1 調(diào)節(jié)器措施為確定點檢過程對于現(xiàn)場

19、調(diào)節(jié)器的影響情況，選用備用管線調(diào)節(jié)器進(jìn)行了測試工作。測試結(jié)果顯示，在工藝管道內(nèi)參數(shù)穩(wěn)定后，斷開和接入DCS輸出信號，觀察現(xiàn)場調(diào)節(jié)器刻度及管道內(nèi)參數(shù)均無變化，判斷插拔DCS卡件對于現(xiàn)場調(diào)節(jié)器運行無影響。調(diào)節(jié)器測試趨勢如圖13所示。圖13 調(diào)節(jié)器測試狀態(tài)趨勢圖4.4.2 BY機措施為確定點檢過程對于現(xiàn)場補壓機的影響情況，選用6臺BY機進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示，在插拔卡件過程中，6臺補壓機均未受到影響。BY機測試趨勢如圖14所示。圖14 BY機測試狀態(tài)趨勢圖BY機控制信號如圖15所示：DCS啟停指令BY機柜BY機圖15 BY機控制信號BY機的啟動和停止在DCS系統(tǒng)組態(tài)中以兩個通道的通、斷來控制，如圖16所示：圖16 BY機控制信號通道當(dāng)BY機需要啟停時，DCS會給BY機柜傳遞啟停命令，BY機柜再將命令轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場BY機?，F(xiàn)場BY機柜具有手動啟停功能，若點檢過程中補壓機需要緊急啟停，可以直接現(xiàn)場手動操作BY機柜。因此點檢過程中可不對BY機做屏蔽措施，只需點檢時巡檢人員注意現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)，及時手動切換。5技術(shù)措施過程控制及實施結(jié)果5.1 A-DCS系統(tǒng)安全措施實施情況A-DCS系統(tǒng)在線點檢過程中，根據(jù)前期測試