電機(jī)控制模塊的應(yīng)用及DCS系統(tǒng)故障診斷

1、電機(jī)控制模塊的應(yīng)用及DCS系統(tǒng)故障診斷默認(rèn)分類2009-08-11 14:37:00 閱讀65 評論1字號：大中小在水泥建材里，集散控制系統(tǒng)（DCS）一個很重要的任務(wù)就是監(jiān)控和啟?，F(xiàn)場動力設(shè)備。從系統(tǒng)角度而言，現(xiàn)場各式各樣的動力設(shè)備，無論是大型的重要的設(shè)備如窯系統(tǒng)的窯主傳電機(jī)，還是小型的設(shè)備如斜槽的鼓風(fēng)機(jī)，都可以抽象成一臺臺的電機(jī)。在系統(tǒng)的控制軟件里面，主要通過電機(jī)控制模塊來實現(xiàn)對現(xiàn)場動力設(shè)備的控制。一、電機(jī)控制模塊的控制要求模塊的控制要求主要是三個方面：設(shè)備的開?？刂疲O(shè)備的狀態(tài)顯示，設(shè)備的故障判斷。設(shè)備的開?？刂剖侵脯F(xiàn)場信號輸入進(jìn)系統(tǒng)后，模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，判斷是否發(fā)出啟動或停止的指令

2、。設(shè)備的開停控制是模塊最基本，也是最重要的功能。設(shè)備的狀態(tài)顯示是指模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，判斷現(xiàn)場設(shè)備處于一種什么樣的狀態(tài)。在系統(tǒng)里面，我們定義設(shè)備有幾種狀態(tài)：1、設(shè)備就地狀態(tài)。該狀態(tài)下，中央控制室（以下簡稱“中控”）的操作員不能開?，F(xiàn)場的設(shè)備。2、設(shè)備備妥狀態(tài)。在一般電氣設(shè)計里面，也稱遠(yuǎn)程狀態(tài)，即設(shè)備的控制權(quán)交給中控操作員，這也是中控操作員能中控開停現(xiàn)場設(shè)備的先決條件。3、設(shè)備運行狀態(tài)。設(shè)備的運行狀態(tài)分兩種，一種是中控運行，是指現(xiàn)場設(shè)備由中控操作員指令啟動，并正常運行的一種狀態(tài)。另一種是現(xiàn)場運行，是指設(shè)備由現(xiàn)場按鈕指令啟動，并正常運行的一種狀態(tài)。4、設(shè)備故障狀態(tài)。一般情況而言，設(shè)備的保護(hù)信號

3、，如膠帶輸送機(jī)嚴(yán)重跑偏信號，送入到DCS，系統(tǒng)就會自動發(fā)出停機(jī)的指令，并給出提示信息，告訴操作員設(shè)備處于故障狀態(tài)。設(shè)備處于故障狀態(tài)，并不表示設(shè)備現(xiàn)場已經(jīng)停止運行，也有可能設(shè)備還在運行。設(shè)備的故障判斷，在這里主要指的是設(shè)備故障的狀態(tài)有多種，模塊能根據(jù)現(xiàn)場送入系統(tǒng)的信號，判斷出設(shè)備處于哪一種故障狀態(tài)。比如一條膠帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時，它有可能是膠帶跑偏的故障狀態(tài)，也有可能是膠帶斷帶的狀態(tài)。模塊能根據(jù)現(xiàn)場送入的故障信號，具體判斷出設(shè)備處于哪一種故障狀態(tài)，并給出相應(yīng)的提示信息給操作員。二、電機(jī)控制模塊輸入輸出信號模塊第一類輸入信號有五個，分別是手/自動，組起，組停，單起，單停。其中手/自動輸入信號，當(dāng)其值

4、是“0”時，表示自動狀態(tài)；“1”表示手動狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備處于手動狀態(tài)時，單起、單停輸入信號有效，組起、組停輸入信號無效。當(dāng)設(shè)備處于自動狀態(tài)是，單起、單停輸入信號無效，組起、組停輸入信號有效。模塊第二類輸入信號有兩個，分別是備妥，運行，表示設(shè)備的兩種狀態(tài)。設(shè)備運行時，如果沒有操作指令時，而備妥，運行信號卻發(fā)生了變化，模塊就會發(fā)出設(shè)備停機(jī)的指令，并告訴操作員設(shè)備處于故障狀態(tài)。模塊第三類輸入信號有三個，分別是起動許可，運行許可，工藝聯(lián)鎖。起動許可是指設(shè)備開機(jī)前必須滿足的條件；設(shè)備轉(zhuǎn)入運行狀態(tài)后，起動許可的條件可以不滿足。運行許可是指設(shè)備運行時必需滿足的條件；如果不滿足，模塊就會發(fā)出停機(jī)指令，并告訴操作員

5、設(shè)備處于故障狀態(tài)。工藝聯(lián)鎖是指設(shè)備處于自動狀態(tài)時，設(shè)備運行必需滿足的條件。如果不滿足，模塊就會發(fā)出停機(jī)指令。當(dāng)設(shè)備處于手動狀態(tài)時，工藝聯(lián)鎖的輸入信號不影響設(shè)備的運行。模塊第四類輸入信號有一個，就是復(fù)位信號輸入。當(dāng)設(shè)備處于故障狀態(tài)后，無論設(shè)備是在自動狀態(tài)還是手動狀態(tài)，操作員都不能開停設(shè)備。模塊一定要在復(fù)位后，設(shè)備才能接收開停機(jī)的指令。模塊的輸出信號有四個，分別是驅(qū)動，開機(jī)脈沖，停機(jī)脈沖，設(shè)備狀態(tài)?，F(xiàn)場設(shè)備如果是一個信號控制設(shè)備的開停，模塊開停機(jī)指令由“驅(qū)動”引腳輸出。如果設(shè)備的開停由兩個信號控制時，模塊的開停機(jī)命令由“開機(jī)脈沖”和“停機(jī)脈沖”引腳輸出。操作員在人機(jī)界面所能看到的設(shè)備狀態(tài)，都是由電

6、機(jī)控制模塊的輸出引腳“設(shè)備狀態(tài)”演變而來的。三、電機(jī)控制模塊的內(nèi)部參數(shù)電機(jī)控制模塊的內(nèi)部參數(shù)比較常用的有兩個，分別是設(shè)備的啟動時間參數(shù)、設(shè)備的輸入信號濾波時間參數(shù)。設(shè)備的啟動時間參數(shù)是指當(dāng)控制模塊發(fā)出啟動指令后，現(xiàn)場設(shè)備運行信號反饋給DCS的時間。如果設(shè)備在啟動過程中，在規(guī)定時間內(nèi)，設(shè)備運行信號沒有反饋給系統(tǒng)，控制模塊就會發(fā)出停止指令，并給出提示信息告訴操作員，設(shè)備處于故障狀態(tài)。設(shè)備的輸入信號濾波時間參數(shù)是指現(xiàn)場輸入的信號，因為干擾或者其他一些原因，會產(chǎn)生一定的波動，但這種信號波動是正常的，并不會影響設(shè)備的正常運行。因此，允許設(shè)備的輸入信號在設(shè)定的時間內(nèi)波動，超過了這個時間，模塊就會判斷該輸入

7、信號確實是真實信號，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，發(fā)出相應(yīng)的指令。DCS系統(tǒng)概述：分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）簡稱DCS系統(tǒng)，又名集中分散控制系統(tǒng)（簡稱集散控制系統(tǒng)），其是集計算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，通迅技術(shù)，CRT技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的綜合性高技術(shù)產(chǎn)品，DCS通過控制操作站對整個工藝過程進(jìn)行集中監(jiān)視，操作、管理，通過控制站對工藝過程各部份進(jìn)行控制，既不同于常規(guī)儀表控制，又不同于集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)，而是集中了兩者的優(yōu)點，克服了它們各自的不足。DCS以其可靠、靈活性，人機(jī)界面友好性及通迅的方便性等特點，日益被廣泛應(yīng)用。DCS系統(tǒng)的構(gòu)成概括起來分為三部份：集中管理部份、

8、分散控制監(jiān)視部份和通信部份。如圖：集中管理部份又可分為操作站、工程師站和上位站計算機(jī)。操作站是由微處理器、CRT、鍵盤、打印機(jī)等組成的人機(jī)系統(tǒng)，實現(xiàn)集中顯示、集中操作和集中管理。工程師站主要用于組態(tài)和維護(hù)。上位計算機(jī)用于全系統(tǒng)的信息管理和優(yōu)化控制。分散控制監(jiān)測部份按功能可分為現(xiàn)場控制站和現(xiàn)場監(jiān)測站?，F(xiàn)場控制站是由一個微處理器、存儲器、I/O輸入輸出板、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部總線、電源和通信接口等組成，可以控制多個回路，具有較強的運算能力和各種控制算法功能，可自主地完成回路控制任務(wù)，實現(xiàn)分散控制?，F(xiàn)場監(jiān)測站或叫數(shù)據(jù)采集裝置也是微計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是采集非控制變量以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將采集的過程信

9、息經(jīng)過高速數(shù)據(jù)通路送到上計算機(jī)、控制站和監(jiān)測站等各個部份，完成數(shù)據(jù)、指令及其他信息的傳遞。DCS是一個以微機(jī)為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以根據(jù)控制對象任意組合，為連續(xù)或間隙過程提供任意組合的分散控制，其主要特點如下：1控制功能多樣化：DCS的最低級為現(xiàn)場控制站或現(xiàn)場控制單元，一般都具有幾十種運算控制算法或其他數(shù)學(xué)和數(shù)字邏輯功能，如四則運算、邏輯運算、前饋、超前控制、PID控制、自適應(yīng)控制和滯后時間補償?shù)龋€有順序控制和各種聯(lián)鎖保護(hù)、報警功能。根據(jù)控制對象的不同要求，把這些功能有機(jī)組合起來，能方便地滿足系統(tǒng)的要求。2操作簡便：DCS各級都配備了靈活且功能強的人機(jī)接口。操作只通過CRT可以對被控對

10、象進(jìn)行集中監(jiān)視，通過各種功能鍵實現(xiàn)各種操作功能。打印機(jī)可以打印各種需要的信息及報表。3系統(tǒng)便于擴(kuò)展：DCS的設(shè)計是根據(jù)不同規(guī)模的工程對象進(jìn)行的，部件設(shè)計采用積木式的結(jié)構(gòu)，以模塊、模板箱及控制柜和站等為單位，逐步增加。用戶通過通迅鏈路可以方便地從單臺數(shù)字調(diào)節(jié)器或過程控制站擴(kuò)展成小系統(tǒng)，或?qū)⑿∠到y(tǒng)擴(kuò)展成中規(guī)?；虼笠?guī)格系統(tǒng)。DCS設(shè)置有工程師站或工程師鍵盤，系統(tǒng)工程師根據(jù)控制對象可生成需要的自動控制系統(tǒng)。4維護(hù)方便：DCS的設(shè)計是按照標(biāo)準(zhǔn)化、積木化、系統(tǒng)化進(jìn)行的，積木式的模板功能單一，便于裝配和維修更換，系統(tǒng)配置有智能的自動故障檢查診斷程序和再啟動功能，維修非常方便。5可靠性高：DCS是監(jiān)視集中而控

11、制分散，故障影響面小，并且在設(shè)計時已考慮到有聯(lián)鎖保護(hù)功能、自診斷功能、冗余功能、系統(tǒng)故障人工手運控制操作措施等，使系統(tǒng)可靠性大大提高。6便于與其他計算機(jī)聯(lián)用：DCS配備有高、中、低不同速率和不同模式的通迅接口，可方便地與個人計算機(jī)或其他大型計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，組成工廠自動化綜合控制和管理系統(tǒng)。隨著DCS系統(tǒng)向開放系統(tǒng)發(fā)展，在符合開放系統(tǒng)的各制造廠產(chǎn)品間可以相互連續(xù)、相互通信和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，第三方的應(yīng)用軟件也能在系統(tǒng)中應(yīng)用，從而使DCS進(jìn)入了更高的階段。DCS系統(tǒng)故障診斷DCS系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，使可靠性、穩(wěn)定性問題更加突出，也使人們對整個系統(tǒng)要求越來越高，人們希望DCS系統(tǒng)盡量少出故障，又

12、希望DCS系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，能盡快診斷出故障部位，并盡快修復(fù)處理，使系統(tǒng)重新工作。為了便于分析、診斷DCS系統(tǒng)故障發(fā)生部位和產(chǎn)生原因，現(xiàn)把故障分為以下幾類來進(jìn)行論述。1現(xiàn)場儀表設(shè)備故障：現(xiàn)場儀表設(shè)備包括與生產(chǎn)過程直接聯(lián)系的各種變送器、各種開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、負(fù)載及各種溫度的一此元件等?，F(xiàn)場儀表若發(fā)生故障，直接影響DCS系統(tǒng)的控制功能及操作人員對工藝參數(shù)的監(jiān)視，從而給工藝操作帶來一定困難。在目前的DCS控制系統(tǒng)設(shè)計中，這類故障占絕大部份，這類故障一般是由于儀表設(shè)備本身的質(zhì)量和壽命所致。對這類故障比較直觀，在判斷和處理上也相對容易，在處理按常規(guī)儀表的處理方法一般不會有什么問題。對這類故障的處理要求維護(hù)

13、人員對常規(guī)儀表的故障處理比較熟練，以保證故障處理的及時性及準(zhǔn)確性。由于這類故障屬于單點故障，對工藝影響不大，維護(hù)人員對DCS系統(tǒng)知識的要求不高，只須按常規(guī)儀表處理即可。2系統(tǒng)故障：這是影響系統(tǒng)運行的全局性故障，系統(tǒng)故障可分為固定性故障和偶然性故障。如果系統(tǒng)發(fā)生故障后可重新啟動使系統(tǒng)恢復(fù)正常則可認(rèn)為是偶然性故障。相反若重新啟動后不能恢復(fù)正常而需要更換硬件或軟件系統(tǒng)才能恢復(fù)則認(rèn)為是固定性故障。這種故障一般是由于系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)或系統(tǒng)運行年限較長所致。3硬件故障：這類故障主要指DCS系統(tǒng)中（I/O模塊）損壞造成的故障。這類故障一般比較明顯且影響也是局部的，它們主是由于使用不當(dāng)或使用時間較長，模塊內(nèi)元件老

14、化所致。4軟件故障：這類故障是軟件本身所包含的錯誤所引起的。軟件故障又分為系統(tǒng)軟件故障和應(yīng)用軟件故障。系統(tǒng)軟件是DCS系統(tǒng)所帶來的，若設(shè)計考慮不周，在執(zhí)行中一但條件滿足就會引發(fā)故障，造成停機(jī)或死機(jī)等現(xiàn)象。此類故障并不常見，應(yīng)用軟件是用戶自己編定的，在實際工程應(yīng)用中，由于應(yīng)用軟件工作復(fù)雜，工作量大，因此應(yīng)用軟件錯誤幾乎難以避免，這就要求在DCS系統(tǒng)調(diào)試及試運行中十分認(rèn)真、仔細(xì)，及時發(fā)現(xiàn)并解決。5操作使用不當(dāng)造成故障：在實際運行操作中，有時會出現(xiàn)DCS系統(tǒng)某功能不能使用或某控制部份不能正常工作，但實際上DCS系統(tǒng)并沒有故障，而是操作人員操作不熟練或操作錯誤所引起的。這對于初次使用DCS系統(tǒng)的操作工

15、較為常見。DCS系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，正確分析和診斷故障發(fā)生的部位和原因是當(dāng)務(wù)這急，故障的診斷是根據(jù)經(jīng)驗、根據(jù)發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來確定故障的部份和原因。根據(jù)平時在工作中對系統(tǒng)故障處理的經(jīng)驗和方法，對DCS系統(tǒng)故障診斷可按下述步驟來進(jìn)行：（1）是否為使用不當(dāng)引起的故障。這類故障常見的有供電電源故障、端子接線故障、模塊安裝錯誤、現(xiàn)場操作錯誤等。（2）是否為DCS系統(tǒng)操作錯誤引起的故障。這類故障常見的有某整定參數(shù)整定錯誤、某設(shè)定狀態(tài)錯誤造成的。（3）確認(rèn)是現(xiàn)場儀表設(shè)備故障還是DCS系統(tǒng)故障。若是現(xiàn)場一次儀表故障，修復(fù)相應(yīng)現(xiàn)場儀表或更換一次儀表。（4）若是系統(tǒng)故障，應(yīng)確認(rèn)是硬件故障還是軟件故障。（5）若

16、是硬件故障，則找出相應(yīng)硬件部位，修復(fù)或更換硬件模塊。（6）若是軟件故障，還應(yīng)確定是系統(tǒng)軟件故障還是應(yīng)用軟件故障。（7）若是系統(tǒng)軟件有故障，可重啟動看是否能恢復(fù)正?；蛑匦卵b載系統(tǒng)軟件，重新啟動后若不能恢復(fù)則與系統(tǒng)管理人員或系統(tǒng)廠家聯(lián)系解決。（8）若應(yīng)用軟件故障，可檢查用戶編寫的程序和組態(tài)的所有數(shù)據(jù)，找出故障原因。（9）利用DCS系統(tǒng)的自診斷測試功能。DCS系統(tǒng)的各部份的設(shè)計有相應(yīng)的自診斷功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，一定要充分利用這一功能來分析和判斷故障的部位和原因。在實際應(yīng)用中，對DCS系統(tǒng)故障要根據(jù)實際情況去分析和判斷。在實際使用過程中，現(xiàn)場常見的系統(tǒng)硬件故障一般包括如下幾方面：（1）系統(tǒng)模塊和元

17、件故障，可能產(chǎn)生的原因是元器件質(zhì)量不良、使用條件不當(dāng)、調(diào)整不當(dāng)、錯誤的接線引入不正常電壓而形成的短路等。有時由于現(xiàn)場環(huán)境的因素，如溫度、濕度、灰塵、振動、沖擊、鼠害等原因也會造成系統(tǒng)硬件故障。（2）線路故障：可能產(chǎn)生的原因是，電纜導(dǎo)線端子、插頭損壞或松動造成接觸不良，或因接線錯誤、調(diào)試中臨時接線、折線或跨接線不當(dāng)，或因外界腐蝕損壞等。（3）電源故障：可以產(chǎn)生的原因是供電線路事故，線路負(fù)載不匹配可引起系統(tǒng)或局部的電源消失，或電壓波動幅度超限，或某元件損壞，或誤操作等產(chǎn)生電源故障。軟件故障包括：（1）程序錯誤，設(shè)計、編程和操作都可能出現(xiàn)程序錯誤，特別是聯(lián)鎖、順控軟件，不少問題是由于工藝過程對控制的

18、要求未被滿足而引起的。（2）組態(tài)錯誤：設(shè)計和輸入組態(tài)數(shù)據(jù)時發(fā)生錯誤，這可以調(diào)出組態(tài)數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行檢查和修改。由于DCS系統(tǒng)的都帶有自診斷程序，系統(tǒng)能及時對掛在總線上或網(wǎng)絡(luò)上的各回路及功能模塊進(jìn)行周期診斷。通過診斷，如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其內(nèi)容就被編成代碼或相應(yīng)的故障提示，經(jīng)由總線的操作站傳遞信息，從而在CRT上顯示和報告故障發(fā)生的位置。通過CRT了解故障情況后，應(yīng)進(jìn)一步通過機(jī)柜里插卡或者模塊上的一系列發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)，查詢不正常狀態(tài)的故障內(nèi)容。插卡或模塊外部的故障則要逐步檢查分析。常用的故障判斷方法有：（1）直接判斷法：根據(jù)故障現(xiàn)象，范圍、特點以及故障發(fā)生的記錄直接分析判斷產(chǎn)生的原因和故障部位，查

19、出故障。（2）外部檢查法：對一些明顯的有外部特征的故障，通過外部檢查，判斷故障部位，如插頭松動、斷線、碰線、短路、元件發(fā)熱燒壞、虛焊、脫焊等。有的故障，特別是暫時性故障，可以通過人為搖動，敲擊來發(fā)現(xiàn)故障。（3）替換對比法：對有懷疑的故障部件，用備件或同樣的插卡或模塊進(jìn)行替換，或相互比較，但要注意，替換前，要先分析排除一些危害性故障，如電源異常、負(fù)載短路等引起元件損壞的故障，若不先排除，則替換上的插件或模塊會繼續(xù)損壞。（4）分段查找法：當(dāng)故障范圍及原因不明時，可對故障相關(guān)的部件、線路進(jìn)行分段，逐段分析檢查、測試和替換。（5）隔離法：可以分段查找法相配合，將某些部位或線路暫時斷開，觀察故障現(xiàn)象變化情況，逐步縮小懷疑對象，最終查出故障部位，進(jìn)行處理或更換。對于組態(tài)錯誤，只要確認(rèn)認(rèn)為存在組態(tài)錯誤，只要核對組態(tài)表格及組態(tài)數(shù)據(jù)，對相應(yīng)的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改即可，一般不存在困難。另外，充分利用系統(tǒng)廠家提供的故障檢查流程圖和故障診斷表也是快速診斷和判斷處理故障的方法。通常在實際工作中，經(jīng)常遇到的DCS系統(tǒng)故障，還有死機(jī)、黑屏及通信故障，這些故障通常導(dǎo)致工藝參數(shù)不能顯示，嚴(yán)重時導(dǎo)致工藝系統(tǒng)停車，如死機(jī)故障產(chǎn)生的原因是多方面的，有的是因為操作不當(dāng)所致，更多的原因是由于模塊或插件故障所