水泥生产线DCS控制系统通讯模块损坏故障分析及应对办法

张 林

（焦作千业水泥有限责任公司， 河南 焦作 454000）

我公司拥有两条5000t/d熟料生产线，月生产能力30万t。电气控制系统一直比较稳定，但近期出现一次故障，却给生产造成了极大影响。故障现场如下：

原料磨系统正在运行，突然中控室原料磨系统和现场通讯中断，所有设备的运行情况中控室监控不到，包括模拟量信号。中控操作员指挥现场岗位人员查看现场。岗位人员发现收尘器停止工作现场冒灰严重。立磨主电机、循环风机、窑尾排风机和高温风机电机正常运转（这四台电机为10KV高压电机）。除了照明系统正常外，其余低压设备停止运转。现场马上启动紧急应急预案，把未停设备手动进行分闸操作。因为事发突然，人员没有经验，等岗位人员把这四台高压电机停下来时已经距离事故发生15分钟时间。

此次事故发生的结果：

1、立磨在空磨的情况下运转 10分钟（因为低压设备停止运行，没有物料进磨），磨盘在磨辊的挤压下产生裂纹。

2、立磨主电机、循环风机电机、窑尾排风机电机和高温风机电机（都为轴瓦式电机，采用外部油站润滑）在电机油站停止工作的情况下运行十五分钟，其中两台电机轴瓦损坏。

3、几台风机因为紧急停机，造成窑头门上的高温看火镜头烧坏。

分析故障现象：

1、所有低压设备全部停止运转，包括电机油站。

2、所有高压设备全部正常运行。包括高压电机和变压器。

3、故障发生时，设备失控，低压设备启动不了，高压设备停不下来。

故障现象很具有特点，凡是低压设备全部跳停，但是给低压设备供电的变压器都正常，并且低压设备无法重新启动。而高压设备虽然正常运转，但是无法停机。需要弄清楚故障点，下面就要先从电气控制的基本原理出发。

我公司电气控制基本情况:

我公司生产线整体设计是南京水泥工业设计研究院。电气 DCS控制系统为ABB的800F，DCS=DistributedControlSystem，DCS是分散控制系统的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通信（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C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。

DCS系统的结构下图所示：

上层控制有工程师站和操作员站组成，中间通过通讯模块实现和现场站进行数据通讯，而站与站之间也有通讯模块并且形成环路，这样就算站与站之间一个通讯模块坏掉，整个系统还会通过另一条通路正常工作。而通讯模块其实由三个模块组成，一个是EI813F，它的作用是负责站与站之间的数据通讯，它是最上层的通讯模块。另一个是CI801模块，它的作用是和本站内的DI、DO、AI、AO模块通讯，CI801模块是最下层的通讯模块。最后一个是FI830F模块，它位于EI813F和 CI801中间，它的主要作用是实现操作员站与现场站的数据交换，起到承上启下的作用，从而实现集中控制。平时操作员发出的任何指令，包括上行和下行指令，如：设备的开停、阀门的开度、温度和压力的反馈等等都是通过此模块来实现。如低压柜控制为电保持，原理如下图：

低压设备控制电压为AC220V

开低压设备时：操作员电脑发出开指令，信号经 CI801通讯模块传给开关量输出模块DO801, DO801输出24V+信号并保持，中间继电器-K得电，-K常开点闭合，因此设备接触器-KM吸合，设备得电正常运转。

关低压设备时：操作员电脑发出关指令，信号经 CI801通讯模块传给开关量输出模块DO801, DO801停止输出24V+信号，中间继电器-K失电，-K常开点断开，因此设备接触器-KM断开，设备断电停止运转。低压设备只通过-K继电器的吸合和断开来控制设备开停，如下图所示：

高压电机开停则不同，高压电机控制电压为DC220V，高压断路器为机械保持，有合闸和分闸两个线圈，并且都为短驱动，不需要电保持。

开机时：开驱动继电器K闭合一下，K继电器开点闭合一下，直流电KM+电压进入107#线合闸开机，

停机时：关驱动继电器-K闭合一下，-K继电器开点闭合一下，直流电KM+电压进入137#线分闸关机，控制原理简图如下：

下面我们就来分析这两次故障的原因：这两次故障其实都是因为本站的FI830F通讯模块损坏造成的。当FI830F模块出现故障时，现场所有的信号都无法传输到中控，中控的操作指令也无法传输的现场，并且现场站里所有的DO信号没有输出，所以低压接触器线圈不吸合，低压设备全部跳停。因为上面介绍的高压设备和低压设备控制原理的不同，所以高压设备正常运转，停不了。这才出现了开头讲的事故。

现阶段，DCS集散控制系统在水泥生产线广泛使用。DCS系统能够实现一个操作员一台电脑就能控制生产线所有设备的启动停止、阀门开度、转速大小。其优点有目共睹，比如：可靠性高、灵活性、易于维护。但在高智能化控制下，一旦DCS出故障，设备将会失控，将会给生产造成不可想象的损失。所以今天我在这里要分析的是我公司因DCS通讯模块故障而设备失控的案例，并提出以下解决办法。

此故障的现象：高压设备运转不能停止、低压设备跳停不能开机，所有设备失控。

最后要达到的处理效果：为保证设备安全，当故障发生时让高压设备也同时跳停。

解决思路：针对故障发生时高压设备运转，油站等低压设备跳停现象，在电机油站和高压电机之间加硬连锁，强制把高压设备分闸。

解决办法：

在油站中把两台油泵（一用一备）接触器KM1、KM2的常开触点并联，并控制新加的中间继电器KA6线圈，当油站中任意一台开启，KA6便吸合，只有两台泵都停时，KA6继电器失电，如图：

然后把KA6的常闭触点接入到高压柜中的跳闸线圈中，即：KA6常闭触点一端接高压柜+220V，另一端接跳闸线圈 137#。所以当油泵都停止时，KA6失电，常闭触点闭合，高压柜的DC220+通过常闭触点接入到高压柜的跳闸线圈中，实现跳闸操作。

经过改造，可以实现高压电机与油站硬连锁，无论是因为DCS通讯模块故障，或者是低压设备跳停，都会强制让所对应的高压设备连锁跳停，避免大的安全事故的发生。从此事故可以看出，电气设备在软件方面如果出现故障，会导致非常严重的后果。此项改造已经应用到全公司的高压设备上。