霍尼韦尔DCS控制系统故障分析

魏 丹

（国家能源集团 神华榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719300）

神华榆林能源化工有限公司主体装置及罐区采用霍尼韦尔DCS控制系统，随着系统长周期的运行，所出现的问题越来越多。针对这种情况，榆林公司专门成立事故分析小组，对所出现的问题进行故障分析、总结、培训。本文仅对霍尼韦尔系统在运行中出现的几例典型故障进行分析、总结，以便在今后的工作中能够正确、高效地解决系统故障，确保系统能够稳定运行。

1 榆林公司霍尼韦尔系统基本概况

榆林公司霍尼韦尔系统硬件采用PKS-C300系列，软件版本R410.7。基本配置情况如下：整个系统分为5单元，每个单元配置2～4对控制器，2台Server服务器，6～8台Console 操作站，1台Flex station工程师；在CCR总工程师站配置2台Server，4台Console station，1台Flex station，1台PHD服务器，1台防病毒服务器。全厂大致有10000个控制点。

2 DCS主要故障及分析

自该公司开车以来，霍尼韦尔系统故障大大小小出现了很多次，根据归纳和整理主要有以下故障。

2.1 继电器底板干湿点未分开带来的故障

2.1.1 故障现象及处理

PP装置1＃系统机柜与MCC设备连接，发现某DO卡件（地址块为12号）外供信号没有输出；控制器灯故障闪烁；DO底板供电保险烧毁，更换保险后，保险立即再次烧毁（此DO IOTA采用外供电模式）。

图1 继电器接线Fig.1 Relay wiring

图3 CC-PDOB01接线原理图Fig.3 CC-PDOB01 wiring schematic

进一步检查结果如下：地址块为12号的DO卡其中IOTA供电端子TB3-3、4导通，将MCC的信号脱开，从DCS强制输出，发现1～16通道有输出，17～32通道无输出；1号系统柜内所有DO卡件状态灯全在故障闪烁。

更换DO卡件IOM，重新进行上述检查（保持与MCC信号脱开）。发现DO卡件状态灯正常，1～32通道输出正常；除原地址号为12号的IOTA供电端子TB3-3、4导通，其余IOTA均工作正常。再检查此DO卡件相连的继电器底板，发现底板测试的通道对应的继电器输出接点的跳线个别处在WET（即DO 24V湿接点）模式。如图1、图2所示。

2.1.2 故障分析

此块继电器卡为干湿混接，MCC过来的AC220V电压取继电器干接点构成MCC的控制回路。由于接成湿接点，使得AC220V电压传入DCS系统DC24V回路，而CCPDOB01最大承受电压30V，如图3所示。

图2 继电器接点为湿点Fig.2 Relay contact is wet point

2.1.3 结论

在回路中用到的微型断路器和保险主要是过载和短路保护，对于保险管，基本上只起短路保护。而造成此次DO卡件损坏的主要原因是高电压瞬时将电子元件击穿，而不一定是大电流。在实际接线中，每块继电器板不要干湿点混接。

2.2 服务器故障

随着系统的运行周期变长，霍尼韦尔服务器出现的故障频次越来越高，掌握服务器的查看方法及故障处理，对系统稳定运行起着重要作用。

每台服务器有4个硬盘，分别是0号，1号，2号，3号。

2.2.1 现场硬件检查说明

硬盘工作时有两个指示灯：指示灯为绿色表示正常运行；指示灯为红与绿交替闪烁表示有可预见故障；指示灯为红色表示故障，指示灯不亮表示已经离线。

打开上位机软件：第一次打开软件时需用管理员级别打开，即右击“server adminstrator”后点击“Run as adminstrator”， 点击“系统”“存储”“虚拟磁盘”后即可看到物理磁盘的状态，点击进去可以看到详细情况：绿色打勾表示磁盘正常；红色打叉表示磁盘故障；黄色三角带叹号表示磁盘有可预见故障，也就是即将要故障。如图4所示，表示第1号硬盘已经故障，第2号磁盘有可预见故障，第0号和3号正常。

2.2.2 硬盘更换须知及注意事项

1）共4块磁盘必须保证有3块为正常时才可以在线更换，如果有2块已经故障，服务器就会有风险。所以要求自控人员每天进行检查磁盘的运行状态，发现有可预见故障或已经故障时要及时更换，避免服务器发生异常。

2）当第1、2、3号任意一块故障时，可以带电直接热插拔，注意安装新的磁盘时一定要保证该磁盘为空内存的磁盘，这样安装新的磁盘后磁盘会自动“重建”，重建完成后表示更换完成。

图4 系统硬盘Fig.4 System hard drive

3）当第0号磁盘故障时，不能带电直接更换，先关机后将第1、2、3（磁盘正常）号磁盘任意一个拔下来，插到第0号磁盘的位置（因为0号位置的磁盘为主盘永远不能为空盘，具体原因不清楚），第1、2、3号磁盘其中拔下来的卡的位置再插入新的空的磁盘，这时重新启动电脑（热备状态会自动重建，如不是热备状态时重启电脑，手动热备后就可以了）。

2.3 DI卡底板式继电器共负故障

2.3.1 故障现象及处理

PE装置 C1202二次机电伴热（C1202-R3A）电伴热启动后，DCS一直接收不到其运行状态（位号是：YLH1202R3A）。其运行反馈由 MCC进入DCS系统魏德米勒底板式继电器（位置是：R003R-LB02）第30通道。初步检查，底板式继电器第30通道保险烧坏，后对线路进行效验，确定线路之间及线路对地均没有问题。更换备用通道保险后，DCS依然接受不到电伴热运行状态，再次检查底板式继电器30通道，发现保险再次烧坏。

将外部接线断开，测量发现，底板式继电器第30通道A对地短接，通道 B对地有24V；测量其他通道发现，A对地没有短接，通道B对地有24V。将电伴热运行反馈（位号是：YLH1202R3A）接到此底板式继电器的备用通道（第32通道），信号正常，因此怀疑底板式继电器第30通道有问题。

2.3.2 故障分析

DI底板式继电器，通过跳线帽使继电器一端接到24V电源的负端（相当于共负接法），通过跳线帽将B端带有24V电源，当信号有反馈时，A、B 导通，使继电器的另一端带24V电源。

对于电伴热运行反馈问题（30通道），A对地短接，通道B对地有24V。当电伴热运行时，A、B导通，导致24V电源直接接地，因此保险烧坏。

图5 魏德米勒DI、DO继电器板接线Fig.5 Weidmiller DI, DO Relay board wiring

2.3.3 结论

经过摸索，总结出魏德米勒继电器板接线方法。如图5所示。

DO卡底板式继电器由DO卡件第X通道驱动继电器线圈带电，XY导通。其中，端子A始终与电源负极相连接，这里涉及到干/湿“WET”“DRY”两种接线方式。

① WET接法：端子B通过XY，通过WET跳线接到电源的正极，这样端子A/B带24V电输出（B+ A-）WET信号（驱动现场电磁阀，指示灯）。

② DRY接法：B通过XY，通过DRY跳线，与端子C形成干节点输出（去MCC等）DRY信号。

2.4 检修期间系统维护

为了使工艺设备更好的运行，每年装置都会有不同时间检修期。在这期间，DCS控制系统同样需要进行检修，这包括系统下电、除尘、点检等。怎样进行系统检修，每个公司都会有一套自己的方法，经多年的检修实践，总结了以下步骤，保证上电的程序最大程度上不丢失。

2.4.1 停工前系统参数记录

1）备份PID和报警参数：在停工前，通过UPLOAD功能备份装置PID参数。

2）运行状态和指标记录：包括检查并记录操作站的状态、检查并记录I/O卡件的状态、检查并记录系统网络状态。

2.4.2 系统备份

依次备份ERDB数据库、EMDB数据库、RTDB数据库、操作站连接文件备份、流程图文件、Checkpoint文件备份。

2.4.3 系统停电

系统停电前，确认工艺设备已完全交出检修。

系统停电依次为：停操作站、停控制器、停服务器（ESVR01A、ESVR01B）、停 辅 助 设 备（SWITCHA、SWITCHB）、停总电源。

2.4.4 标识卡件

系统断电后，控制系统除尘清扫操作前，应对各控制站、操作站及辅助操作台、辅助柜等内部的需要进行检修的卡件分类做好标识，记录卡件顺序及位置；带有拨码开关的卡件，记录拨码开关的状态，以便检修后的正确安装。

2.4.5 硬件分解、除尘清扫

1）除尘工作应细致精心，保证除尘彻底，确保不损坏卡件及设备。彻底清扫控制柜、操作站及相关机柜内外、上部卫生。把所有设备的过滤网拆下清洗，晾干后备用。

2）硬件分解前，应在操作安全区平铺防静电绝缘胶皮（防静电绝缘胶皮与接地系统相连接），有秩序地将要清扫、检修的部件与机柜及其它部件间的接线、接插件拆下。

3）彻底清扫机柜内、外部卫生，对设备周围灰尘用吸尘器进行彻底清除；对各设备机柜内的电源进行彻底清洁。

4）打开服务器、操作站主机进行除尘，彻底清理各机箱内部板卡上的灰尘。在拆机的过程中，要注意轻拿轻放，不磕不碰。

5）彻底清理服务器、SWITCH、操作台，及显示器上的灰尘及污迹。

6）对所有设备进行彻底清扫后，检查确认没有工作死角，保证设备清洁如初。

2.4.6 卡件回装、检查

1）所有卡件、部件清洗检修后，检查微动开关设定，跨接线连接等情况是否有错，核对无误后再按次序将拆下的卡板、部件插回到原先的部位。插卡时要通过防静电手环，连好接线，接好电缆，拧紧固定螺钉。

2）按照检修方案，修复或更换有故障的卡件和部件，更改硬件或接线，目视检查印刷电路板的电子元件和线路是否有损伤，发现隐患及时处理或采取预防性措施，对操作员键盘的不良按键进行修复，对失效的功能键锁进行修复。

3）插件板上的电池，下次大检修前超有效期的，要进行及时更换。

4）系统连接检查

① 卡板、部件全部回装连接后，进行系统连接检查。

② 检查系统部件安装是否到位，网络连接、各部件是否安装正确，保证所检修过的线、缆、卡、开关等的位置恢复原位。

③ 检查卡件底板、接线端子、电缆等是否有损伤，如有损坏应及时修复或更换。

④ 检查设备及电缆的标记是否完整清晰，若标记不清晰或缺少，应及时补上标记。

⑤ 检查电源系统、接地系统的连接情况。系统接地电阻测试，要符合系统接地要求，本安系统接地≤4Ω。

2.4.7 系统重新上电前电源、接地检查

1）联系工艺人员，开好工作票，确认上电时现场设备不会误动作。

2）联系供电，UPS是否运行正常，用万用表测量电源总开关电源电压是否正常，电压：220V，240（+10% -15%）VAC，频率：50HZ，满足系统要求后闭合总电源开关。检查要通电的各个节点电源电压是否正常。检查正常后，再将各分支电源开关闭合。

2.4.8 系统投运

1）启动电源柜内的总电源空开，打开电源柜内的操作站电源开关（开关标签分别为站号）。用万用表逐个测量操作台内的电源，再次确认电源符合系统要求后，闭合操作台内电源开关，按下显示器、操作站电源按钮，启动操作站。

2）依次启动服务器（ESVR01A、ESVR01B）、启动控制站、启动电源柜内控制站电源空气开关。

3）登陆服务器ESVR01A， 进入组态工作室，选择Control Strategy→Configure process control strategies→Monitoring→CEE01→右键→change state→CEE Command→Run。

4）登陆服务器ESVR01A，进入组态工作室，选择Control Strategy→Configure process control strategies→Monitoring→Link01、Link02→卡件→右键→Active。

5）辅助设备上电。

2.4.9 冗余电源系统检查

对控制机柜冗余电源的测试，分别关闭各控制机柜主、副电源，观察机柜内设备运行状态。

2.4.10 系统状态检查

在服务器上依次检查控制器冗余服务器ESVR01A、ESVR01B，SH_C1、SH_C2、Console Stations、Flex Stations状态。

2.4.11 系统网络检查

绿色-正常；黄色-单网运行；红色-网络中断。

2.4.12 控制站冗余切换、冗余的I/O卡件检查

拔出冗余控制站、I/O卡中的一块，调出其诊断画面及相关点的细目显示画面，检查是否正常。插好后再对另一块控制器、I/O卡进行测试，依次对其余的冗余I/O卡进行测试。

2.4.13 服务器冗余切换检查

2.4.14 其它功能测试

在检修期间所有备用卡件都要上机测试。

2.4.15 系统打点测试

对输入/输出卡件的精度进行检查测试，每卡按测量点数20%的比例进行抽检。

1）模拟输入/输出点：拆除被测点接线，依次送入量程的0%、50%、100%对应的信号，在操作站的点细目画面、流程图画面观察并记录PV值，将结果填入记录单，以测试卡的精度。

2）数字输入点：拆除被测点接线，用短接线短接槽路或断开槽路，在操作站上观察记录状态值（ON或OFF），将结果填入校验单。

3）数字输出点：拆除被测点接线，在操作站上置数字输出点为ON或OFF状态，用万用表测通或断，将结果填入校验单。

4）如果某一通道出现故障，更换到备用通道，并更改组态，做好记录。通道正常，将原接线复原。

3 结束语

霍尼韦尔DCS控制系统随着运行时间周期的加长，或多或少都会出现软件及硬件的故障，但所有故障都万变不离其中，只要在日常维护工作中做到细致谨慎、学习积累，对所出现的系统故障进行分析、总结及归纳，就能够最大化地实现控制系统的长周期稳定运行。