DCSDCSCS控制系统常见故障案例分析

唐全胜

目前，DCS控制系统在水泥行业应用十分广泛，系统运行安全可靠，其中央处理单元很少出现故障。但由于设计不合理或使用维护不当、元器件质量问题或软件故障，其电源模块、存储模块、输入输出模块及外围线路，常使DCS控制系统出现故障。现以我公司DCS控制系统为例，对出现的若干问题进行案例分析，供同行参考。

1 案例一

2015年9月2日，我公司5 000t/d窑系统大修，在投料生产运行1.5h后，即出现入窑斗式提升机、入窑空气斜槽、生料仓流量控制阀同时跳停现象。中央控制室显示窑主传无备妥，现场检查为窑主传断路器跳闸，怀疑为过载跳停，将断路器整定值调整为最大值1 600A（我公司窑主传额定电流为1 060A），重新开机后运行正常。但运行1.5h左右窑主传再次跳停，此次跳停断路器并未跳闸，整流柜也无故障显示，同时入窑斗式提升机、入窑空气斜槽、生料仓流量控制阀同时跳停。中央控制室操作站显示故障为LCS02系统硬件出现故障，在工程师站的系统硬件中查故障原因：

故障记录为：

（1）9月2日13时43分有一个“Distruted I/O Station failure”故障；

（2）9月2日13时45分有一个“I/O access error when transferring the process image”故障。

据此，怀疑I/O系统有问题，经查窑尾I/O系统2号柜的2号插槽和3号插槽有应答信号和驱动信号的瞬时丢失现象。而2号插槽和3号插槽对应的设备正是窑主传、入窑斗式提升机、入窑空气斜槽和生料仓流量控制阀的相关开关量信号。

处理办法：

（1）将对应的2号插槽和3号插槽中的模块重新插拨一次。

（2）对2号插槽和3号插槽中对应的信号屏蔽电缆接地情况进行检查，发现DCS系统接地与柜体的电气安全接地混淆在了一起，将两种接地分开处理后，再也没有出现窑主传跳停现象。

2 案例二

2016年7月11日，当辊磨系统开机，按工艺流程开至辊磨选粉机变频器时，辊磨系统所有设备（包括高温风机、窑尾排风机、窑尾电收尘、生料库顶的输送和收尘设备）瞬间跳停。查看原料磨现场控制站的CPU及各I/O系统模块，没有发现任何故障现象，重新启动高温风机及辊磨系统后，当按顺序启动辊磨选粉机变频器时，故障现象依然存在，怀疑变频器的高次谐波干扰对DCS系统造成了影响。在上位机ES站查找系统故障，故障现象如下：

（1）LCS01现场控制站报系统故障

a“Module error entering state”

b“Asynchronous PLC error entering state”

（2）ES故障源

“No Access to the SQL Server，Data Loss”

（3）控制站机架故障

“LCS＠（3）/LCS01-ET04、ET05、ET07、ET08、ET09 Station Failure”

高温风机、辊磨吐渣组在几天前曾出现过跳停现象，跳停后检查现场控制站，没有发现任何问题，只是在跳停后，操作站画面中的电机块出现红色报警，取消报警后备妥正常。当时只是怀疑跳停设备对应的输入或输出点端子有可能松动，辊磨振动备妥丢失而造成设备跳停，跳停后振动消除，从而恢复备妥。

从7月11日的故障现象可知，启动变频器会造成系统跳停。因此我们对变频器一次回路的屏蔽接地进行了检查，发现变频器的屏蔽接地不可靠，仔细检查发现DCS的系统接地也存在虚接现象。对变频器一次屏蔽和DCS系统进行可靠接地后，再也没有出现以上故障现象。

3 案例三

2016年10月8日，煤磨袋收尘器CO浓度要么显示坏值，要么显示负值。经检测，其实际电流信号为178mA，超出4～20mA量程范围。怀疑为信号干扰所致，对屏蔽接地进行检查，发现此输入信号回路的屏蔽有接地不良现象，重新处理后，CO浓度显示恢复正常。

4 案例四

2016年10月30日，我公司窑尾电收尘器进出口温度和压力显示同时出现坏值，经检查为模拟量输入通道烧坏，更换输入通道后恢复正常。但两个月后，停窑检修电收尘器时，窑尾电收尘器进出口温度和压力又同时出现坏值，怀疑因为电收尘器检体，电焊时产生的过电压传入模拟量输入通道，造成输入通道损坏。检查发现，安装公司在接以上信号的屏蔽线时没有接地，处理好接地后，再也未出现过烧坏通道的现象。

以上四项实例说明，DCS系统的独立接地和可靠接地，对DCS系统的安全可靠运行十分重要，因此在DCS系统接地的施工、接地电缆的敷设和系统接地端子的处理上都要严格遵循设计规范要求，否则就会影响设备的安全运行。

5 案例五

2017年4月1日，煤取料机开机运行3min左右后，取料机系统自动跳停，触摸屏上显示的故障为：料耙、行走电机、调车电机、取料机限位（超限位和超极限位共四个限位为行程开关的常闭点，直流24V信号输入PLC的开关量输入模块）和控制电缆空气开关、动力电缆空气开关跳闸。而实际上，以上7个信号在PLC输入模块上的指示灯一直亮着，证明实际上并无跳闸现象。开始怀疑是7个信号共用的24V电源或N线出现了松动，从而造成上述假象，但检查所有24V电源和N线，并未发现松动现象。

连续试车几次，每次都出现同样的情况，即运行3min左右随即跳停，怀疑程序有问题。将CPU断电，拨下存储卡后重装，对CPU通电后重新安装程序，开机后故障现象依然存在。现场检查料耙运行轨道，发现料耙液力耦合器的液压压力检测线松脱，24V电源线裸露在接线盒外面，当料耙运行至该位置后碰到该线头，造成24V电源对地短路。取料机共有两个24V稳压电源，上述7个信号加上液力耦合器压力检测共8个开关量信号共用一个24V电源，而PLC开关量输入模块只要有8～15V电压指示灯就会亮，同时由于出现短路现象的时间很短暂，因而一时难以发现，处理好料耙液力耦合器的液压压力检测线后，故障现象消除。

6 案例六

2017年4月10日，窑尾及窑中系统连续跳停，每次跳停后故障现象为设备无备妥，检查为PLC柜内的总电源开关跳闸，复位后启动正常，但运行一段时间后又出现同样的问题。开始怀疑空气开关质量有问题或空气开关容量不够大，更换空气开关后，隔一段时间空气开关依旧跳闸。空气开关跳停时间间隔有一定的规律性，我们便联想到窑尾系统的空气炮和生料均化库下的流量控制阀为自动循环控制，时间间隔有一定的规律性，于是对生料均化库下的流量控制阀和窑尾空气炮控制回路进行重点检查。最终发现生料均化库下的一个流量控制阀有问题，当控制程序循环至该阀自动打开时，其开限位开关量信号线会碰上破损的DCS系统的火线K1线，造成K1线对地短路，从而造成PLC柜的总电源跳闸，导致烧成窑尾和窑中的所有设备跳停，严重影响了设备的安全运行。

处理办法：我们除对绝缘破损进行处理外，还对整个控制回路进行了改进，即根据设备成组启动的划分，对不同的控制组加装了独立的分段空气开关，这样，当某一组设备空气开关跳闸后，不会引起其他组的设备甚至整个系统设备的跳停。

以上两个案例的故障现象告诉我们，故障虽然具有一定的隐蔽性，但同时也具有一定的规律性，只要熟悉工艺流程和控制原理，就可以发现规律，并最终找到解决问题的办法。■