DCS系統(tǒng)中“從設(shè)備不存在”故障的解析與處理

　　隨著DCS（集散控制系統(tǒng)）在新型干法水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用與發(fā)展，特別是國(guó)外DCS的引入，中控系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后暴露出來(lái)的故障很難及時(shí)得到解決，加之國(guó)外DCS工程師的服務(wù)費(fèi)用實(shí)在太高，怎樣深入了解DCS系統(tǒng)的程序內(nèi)核，增加故障出現(xiàn)后的應(yīng)對(duì)手段，解決故障時(shí)少走彎路，是擺在水泥行業(yè)電氣自動(dòng)化工作人員面前的一個(gè)課題，下面就本公司DCS系統(tǒng)中出現(xiàn)的疑難病癥作出淺析。

　　1、系統(tǒng)介紹

　　我公司中控系統(tǒng)選用的是ABB公司的DCF800系統(tǒng)，版本號(hào)為8.2，該系統(tǒng)以安裝簡(jiǎn)便、容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)著稱，被廣泛應(yīng)用于建材、發(fā)電、化工等行業(yè)。自2008年12月28日我公司2500tpd熟料生產(chǎn)線點(diǎn)火投產(chǎn)以來(lái)，DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。下圖為我公司DCS柜總貌：

　　從左至右分別為：DCS的控制器柜、SL_1F2_2站柜、SL_1F2_3站柜、SL_1F2_4站柜?？刂破鞴駜?nèi)含電源模塊、CPU、profibus模塊等組件，即圖中紅圈所示，左邊豎列為SL_1F2_1站。各站間通過(guò)DP線連接CI801模塊建立通訊。

　　2、故障描述

　　在2012年5月4日，中控操作員站突然出現(xiàn)“從設(shè)備不存在”“模件1 診測(cè)故障”等報(bào)警信息，5月5日起尾排風(fēng)機(jī)與生料輥壓機(jī)頻繁跳閘，中控顯示“備妥丟失”和“無(wú)應(yīng)答”。

　　經(jīng)組織公司技術(shù)力量進(jìn)行分析：尾排風(fēng)機(jī)與生料輥壓機(jī)的DI810接入模塊均隸屬于該站通訊模件的第四塊CI801，即圖1所示的“SL_1F2_4”站的通訊模塊，結(jié)合中控電腦顯示的“SL_1F2_4  模件故障：從設(shè)備不存在”，經(jīng)討論后認(rèn)為報(bào)警和跳閘可能是因?yàn)椤癝L_1F2_4”站的CI801通訊模件故障導(dǎo)致。

　　3、故障原因分析及處理

　　在更換CI801后運(yùn)行不久報(bào)警信息再次出現(xiàn)，尾排風(fēng)機(jī)重復(fù)跳閘，在與ABB技術(shù)工程師電話討論后分析可能是出現(xiàn)了“丟包”現(xiàn)象，一般“丟包”的原因：1、CI801的供電電源故障；2、通訊電纜不通；3、通訊DP頭虛接；4、CI801模件損壞。為了一次性解決所有可能存在的故障，經(jīng)請(qǐng)示領(lǐng)導(dǎo)后停窯兩小時(shí)，將CI801和電源、通訊電纜和DP頭全部更換，并將控制器主電源斷開(kāi)重起，中控程序重新加載所有站，確認(rèn)故障點(diǎn)清除后開(kāi)機(jī)，中控報(bào)警消失，但在5月8日中午，“SL_1F2_4 模件故障：從設(shè)備不存在”報(bào)警如幽靈般再次浮現(xiàn)，即使更換PROFIBUS模件、DP電纜、DP頭和CI801也無(wú)濟(jì)于事，大窯一天內(nèi)因尾排跳閘止料5次，事故處理陷入困境。

　　4、處理受阻后的臨時(shí)應(yīng)急方案

　　為了保證大窯的正常運(yùn)行，技術(shù)部仔細(xì)檢查了程序模塊，并分析了“應(yīng)答”DI在程序中占用的時(shí)間，以及并不是每次出現(xiàn)報(bào)警就跳閘的特點(diǎn)，認(rèn)定 “丟包”是在系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)通訊不能建立，超過(guò)時(shí)限才會(huì)跳閘，如果時(shí)間足夠，即可讓系統(tǒng)一直處于等待狀態(tài)，而不會(huì)判定該站不存在。由于SL_1F2_4所屬的模件為重點(diǎn)設(shè)備的DI點(diǎn)，DO點(diǎn)由其它站來(lái)控制，于是決定在程序模塊的“應(yīng)答”常量前加入一個(gè)時(shí)間控制模塊，看圖2紅色圓圈所示：[Page]

　　從圖2的波形中分析，我們以關(guān)延時(shí)為控制手段，在“無(wú)應(yīng)答”故障出現(xiàn)后，時(shí)間控制模塊將會(huì)給控制器提供一個(gè)長(zhǎng)達(dá)10秒（該數(shù)值0－60S可調(diào)）的虛擬“應(yīng)答”信號(hào)，原理見(jiàn)波形圖中的TS量。

　　這樣足夠等到系統(tǒng)第二次掃描時(shí)能收到“數(shù)據(jù)包”，經(jīng)調(diào)試檢查無(wú)誤后加載運(yùn)行--有趣的一幕出現(xiàn)了：SL_1F2_4再也沒(méi)有出現(xiàn)“從設(shè)備不存在”的報(bào)警信息，但是，SL_1F2_1、SL_1F2_2和SL_1F2_3卻頻繁報(bào)警。

　　此時(shí)因?yàn)镾L_1F2_4站不報(bào)警，尾排風(fēng)機(jī)及窯上的主要設(shè)備再未出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，系統(tǒng)投料正常，大窯運(yùn)行穩(wěn)定，初步實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急方案的階段目標(biāo)，給事故的徹底處理爭(zhēng)取到了時(shí)間。

　　5、故障的根本原因及解決辦法

　　SL_1F2_1、SL_1F2_2和SL_1F2_3站所屬的設(shè)備為生料輥壓機(jī)的輔機(jī)系統(tǒng)，窯上是不再跳閘了，但生料的入輥提升機(jī)、出輥提升機(jī)、進(jìn)料皮帶機(jī)等設(shè)備出現(xiàn)了頻次很高的、無(wú)規(guī)律性的停機(jī)，真?zhèn)€是“你方跳罷我登場(chǎng)”。擺在技術(shù)部面前的就只有兩種選擇：第一是把所有輔機(jī)程序模塊的DI、DO全部加上與窯上SL_1F2_4站DI一樣的時(shí)間控制器，上升沿觸發(fā)，延時(shí)關(guān)閉，以躲過(guò)跳閘；第二是找到報(bào)警的真正原因，把故障徹底解決。

　　第一個(gè)選擇是當(dāng)前可以操作的，但是這樣做工作量太大，而且修改程序后會(huì)否出現(xiàn)另外的報(bào)警信號(hào)心里沒(méi)有底，很有可能一個(gè)故障消除又帶來(lái)另一個(gè)故障，最后整個(gè)程序?qū)訉哟虬闪恕澳灸艘馈保煽啃耘c速度大大降低。第二個(gè)選擇沒(méi)有目的性，只能用最笨的辦法，需要對(duì)從控制器到通訊模件、全部線纜按當(dāng)初新建網(wǎng)路時(shí)重組，這樣做無(wú)疑工作量更大，而且將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間影響大窯生產(chǎn)。

　　這是一個(gè)艱難的選擇，需要仔細(xì)地衡量。

　　就在山重水復(fù)的時(shí)候，柳暗花明的一刻出現(xiàn)了：生料系統(tǒng)因?yàn)樘l太過(guò)頻繁，對(duì)設(shè)備沖擊太大，決定暫時(shí)全部停機(jī)不開(kāi)，以待問(wèn)題解決或者料盡停窯，此時(shí)無(wú)意識(shí)地掃視操作員站的信息，突然發(fā)現(xiàn)SL_1F2_1、SL_1F2_2和SL_1F2_3站原本不停閃爍的報(bào)警信息一瞬間消息得無(wú)影無(wú)蹤，“干擾，一定是干擾！”。目的一下變得明確：一臺(tái)一臺(tái)單開(kāi)設(shè)備查找干擾源。在輥壓機(jī)系統(tǒng)的V型選粉機(jī)變頻器開(kāi)啟的時(shí)候，報(bào)警信息出現(xiàn)。

　　該變頻器處于高、低壓綜合配電室內(nèi)，距離DCS室約20米，AI、AO與DI、DO信號(hào)經(jīng)KVVP型多芯屏蔽電纜沿電纜溝敷設(shè)與DCS系統(tǒng)硬連接，在DCS柜端拆除與之相連的電纜后故障并沒(méi)有消除，所以首先排除了因線纜連接傳導(dǎo)的干擾。鑒于生料輥壓機(jī)觸摸屏與DCS連接的DP電纜經(jīng)過(guò)變頻器柜下電纜溝（路徑為唯一途徑），且在輥壓機(jī)開(kāi)起，而V型選粉機(jī)未開(kāi)時(shí)系統(tǒng)顯示正常，于是重點(diǎn)對(duì)V型選粉機(jī)變頻器柜進(jìn)行了檢查。[Page]

　　故障的引發(fā)原因排除硬連接傳導(dǎo)后，就只剩下變頻器起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁對(duì)途經(jīng)柜下的DP線的干擾，在不能改變敷設(shè)路徑的情況下，我們決定對(duì)變屏柜、DCS柜及DP線纜本身的屏蔽線進(jìn)行重接，物品準(zhǔn)備：3#砂紙、板銼。

　　首先將變屏柜屏蔽接地線連接螺絲松開(kāi)，發(fā)現(xiàn)屏蔽接地線（圖4左）和接地點(diǎn)（圖4右）有發(fā)黑氧化跡象，用板銼進(jìn)行打磨，砂紙拋光后重新安裝。

　　隨后檢查DCS控制柜屏蔽接地線，該連接方式為各出線電纜的屏蔽線與DP電纜的屏蔽線編織成銅辮再統(tǒng)一連接至接地樁，由圖5可以看出，原來(lái)的連接非常粗糙，存在虛接隱患，拆開(kāi)后用砂紙拋光，做成接線鼻子，加裝彈性墊圈，螺母壓緊，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量各DP線首端屏蔽線對(duì)地電阻為0.6歐姆，接地良好。

　　完工后對(duì)DCS柜、變頻器柜送電，中控室按流程逐一開(kāi)機(jī)，至正常投料生產(chǎn)，操作員站未出現(xiàn)報(bào)警信息，連續(xù)運(yùn)行至8月底，DCS系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，故障得以徹底排除。

　　在召開(kāi)事故分析會(huì)后確定最終原因應(yīng)該是由于近四年的運(yùn)行，屏蔽接地線接頭出現(xiàn)氧化和虛接，導(dǎo)致DP電纜受到變頻器運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)干擾不能完全屏蔽，從而影響到整個(gè)控制器收、發(fā)數(shù)據(jù)包的通暢。這也是DCS系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警信息后時(shí)跳時(shí)不跳的原因所在。

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　DCS系統(tǒng)因通訊模件出現(xiàn)的故障有很多，常規(guī)而有效的處理方法一般是直接更換模件，以減少停機(jī)時(shí)間，但在常規(guī)方法不給力的時(shí)候，就需要另辟蹊徑，在不影響主控系統(tǒng)的情況下，利用程序上的可以實(shí)現(xiàn)的方法優(yōu)先保證窯系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)以爭(zhēng)取時(shí)間。在最終處理問(wèn)題的時(shí)候，往往會(huì)走入一個(gè)“前面運(yùn)行幾年都很好，那干擾必定不會(huì)存在”這樣一個(gè)誤區(qū)，而干擾恰恰是通訊系統(tǒng)最大的敵人。因此，在通訊類故障出現(xiàn)后，首先查找干擾源往往會(huì)事半功倍。

　　注解：“丟包”

　　一般來(lái)說(shuō)，DCS控制器以profibus協(xié)議進(jìn)行通訊時(shí)，主站采集從站信息一個(gè)周期，即輪詢一周所用的時(shí)間為50－60ms，如果現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)低于這個(gè)范圍發(fā)生跳變，或是因某種原因造成本周期內(nèi)信號(hào)不暢，就會(huì)出現(xiàn)采集不到DI信號(hào)或是DI信號(hào)不能及時(shí)傳送給控制器，新的周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)覆蓋上周期數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)采集的DI信號(hào)丟失，俗稱“數(shù)據(jù)包丟失”或“丟包”。