CS2000 系统实训装置常见故障分析及处理

张丽萍 ， 常 凯 ， 魏建平 ， 吴耀华 ， 李昊舒

（1.山东交通职业学院，山东 潍坊 261206；2.山东省潍坊商业学校，山东 潍坊 261011）

0 引言

DCS 系统故障的及时排查与处理，决定着整个控制系统的稳定运行，是确保机组正常运行的前提。 一旦DCS 故障不能及时排查与处理，轻则工艺波动，重则停炉停机[1]。因此， 分析DCS 系统常见的故障现象及总结处理方法尤为重要。

“化工仪表自动化赛项”现已发展成为覆盖化工技术类、自动化类相关专业，社会影响深远的全国石油和化工职业院校技能赛事。 其中，DCS 组态及运行调试项目占整个比赛项目内容的比例高达55%。 DCS 系统的故障排查往往是各个参赛队屡屡失分的部分。 因此，笔者结合山东交通职业学院参赛的经验，对CS2000 系统实训装置的常见故障及处理进行总结。

1 CS2000 系统实训装置的主要构成

图1 CS2000 控制对象流程图

CS2000 装置包括控制对象和控制台两部分。 对象系统包含有不锈钢储水箱、 圆筒形有机玻璃上水箱、 中水箱、下水箱、单相功率为2kW 的电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却夹套组成）。 内胆由电加热器提供热源，由一路供水系统提供水源，其内装有防干烧装置以确保设备安全， 夹套由另一路供水系统提供水源。 通过改变电加热器的加热功率来控制锅炉内胆和夹套水温。 强制对流换热器的热水由锅炉内胆提供，并且构成循环；冷却水由一路供水系统提供。

系统动力支路由两路组成：一路由循环水泵、调节阀、孔板流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成，另一路由循环水泵、变频调速器、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。 装置检测变送和执行元件有液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、压力表、调节阀等。 其控制对象流程图如图1 所示。

2 DCS 系统装置流程概述

CS2000 系统实训装置中包含了各种仪表及设备，可以对现场的水箱液位、管道中的流量、锅炉的内胆或夹套温度、水箱中的压力等信号进行采集。 此装置涵盖了主要的热工参数，可以构成一阶水箱液位控制系统、二阶双容水箱液位串级控制系统、液位流量串级控制系统、锅炉内胆夹套温度串级控制系统等，为自动化类专业的实训教学提供了很好的教学实践条件。

CS2000 系统实训装置通过线缆与现场控制站连接[2]，现场控制站将现场设备采集到的信号传送到操作站或工程师站，工程师站也可以对控制站下发控制信号。

现场控制站主要有机柜、机笼、电源模块及各类卡件。可以在工程师站上进行相关的组态，组态完成后，编译、下载到控制站，或者发布组态到操作员站[3]，最后进行系统的联合调试、运行。

3 主要常见故障现象

从日常的实践教学与化工仪表大赛指导角度出发，总结几个着重注意的方面，供大家以后在该类大赛以及平时的实训教学过程中参考。 集散控制系统集4C 技术于一体，广泛应用于化工自动化生产之中，对生产过程能实现很好的监视与控制作用，掌握CS2000 系统实训装置的典型故障，对分布式控制系统的优化及改进也有较为重要的意义[4-5]。

CS2000 装置常用到的基本查故障工具， 主要有电压表、一字改锥、十字改锥、内六角扳手、剥线钳等。 对于化工仪表大赛中设置的故障主要有两大类：电源类故障与信号类故障。

3.1 电源类故障

对于电源类故障， 特别是设备类电源故障。 针对CS2000 实训装置， 明确各个设备的供电条件， 威乐泵220VAC，电动单座调节阀220VAC，涡轮流量计24VDC，孔板流量计24VDC，压力变送器24VDC。

电源类故障大致分为泵电源类故障、 电动调节阀故障以及压力变送器电源类故障等。

1）泵电源类故障：火线与零线接反，造成泵电源类故障。 现象：泵不转动、不工作。 处理方式：火线跟零线调整正接。 泵电源线断电，造成泵电源类故障。 现象：泵不工作。处理方式：火线跟零线调整正接。泵如果长期不使用，也会造成轴承故障。

2）电动调节阀故障：电源线断线。 现象：电动调节阀无显示。 处理方式：将电动调节阀的电源线重新接线。

3）压力变送器电源线断线：液位信号不显示。电源类故障，具体总结如表1 所示。

表1 电源类故障总结

3.2 信号类故障

CS2000 装置中常见典型故障， 除了电源故障外还有信号类故障，主要的信号类故障有：

1）泵信号故障，泵信号线断线。

2）电动调节阀，信号线断线。

3）压力变送器调零误差过大，造成的液位信号不准确。

4）Pt100 热电阻选型错误，温度信号异常；Pt100 温度变送器线路故障。

5）K 型热电偶接线或线路故障，如断线造成的温度信号异常。

另外，在CS2000 系统实训装置的控制站中，主要有主控制卡、数据转发卡、I/O 卡件；在具体的实训过程中会出现卡件故障，主控制卡故障主要有跳线故障、冗余设置故障、数据通信故障；数据转发卡故障主要有跳线故障、冗余设置故障、数据通信故障；I/O 卡件，配电跳线设置故障、冗余跳线故障[6-8]。主控制卡有XP243；数据转发卡主要有XP233；I/O 卡件比较常用的有电流输入卡件XP313、电压输入卡件XP314、热电阻输入卡件XP316、模拟量输入卡件XP322、模拟量输出卡件XP335。

信号故障现象、原因分析及具体处理方式如表2 所示。

表2 信号类故障总结

3.3 其他类故障

对于通信设置故障， 可以观察各个卡件的面板指示灯，判断是否通信正常。

1）主控制卡或数据转发卡故障。

2）保险丝故障。

4 结论

本文重点总结了CS2000 系统实训装置比较常见的故障，尤其是全国职业院校化工仪表大赛类的故障。 近几年随着集散控制系统的高速发展，DCS 系统的高阶控制规律、网络的开放性以及系统的故障排查率是影响整个系统的重要因素[9-10]。职业院校集散控制系统的实验装置，尤其是故障率，其是造成系统不能运行的关键因素。 本文以浙大中控组态软件JX-300XP 与CS2000 系统实训装置的具体通讯流程为实例，将常见的故障进行了分类，对相关的故障现象进行了分析，结合具体现象给出了故障处理方案，为集散控制系统装置的故障排查，实训过程调试与运行，积累了一定的经验。