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(同煤集團 建材有限責任公司，山西 懷仁 038300)

引言

集散控制系統(tǒng)(Distributed Control system，DCS)是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統(tǒng)。自20世紀70年代中期第1套集散控制系統(tǒng)問世以來，已經在工業(yè)控制領域得到了廣泛應用。集散控制系統(tǒng)的故障排查可以分為兩個大的部分，一是微處理器以外部分的故障排查，二是微處理器PLC的故障排查。PLC作為工業(yè)自動化的先進控制裝置，具有性能優(yōu)越、操作簡便、維護量小等優(yōu)點。本文闡述了在實際工作中DCS系統(tǒng)的常見故障及解決辦法，就如何利用PLC電控原理及工作狀態(tài)信息對故障現(xiàn)象綜合分析和邏輯判斷進行了探討。

1 線路故障分析及排除

PLC以外線路部分的故障排查，可采用分段分析法與現(xiàn)象分析法相結合的方式來判斷是哪部分出現(xiàn)了問題。

DCS控制系統(tǒng)簡單來講可分為開關量控制和模擬量控制，生產過程中的各種過程變量通過分散過程控制裝置轉化為操作事件的數(shù)據，而各種操作信息也通過分散過程控制裝置送到執(zhí)行機構，在分散過程控制裝置內進行模擬量與數(shù)字量的相互轉換。以施耐德公司Modicon旗下的Quantum系統(tǒng)為例，開關量經轉化以24 V電壓信號表示，模擬量以4～20 mA的電流信號表示。圖1為我公司DCS系統(tǒng)配置圖。

首先，子站收集的電信號經過各個子站PLC的處理轉化為數(shù)字量信號，通過光纜傳送至中央控制室的操作站上，操作站通過人機交互界面得到現(xiàn)場各個設備的信息，再通過操作站發(fā)送操作指令，指令經過PLC子站將數(shù)字化信號轉化為電信號傳送到現(xiàn)場控制裝置，對設備進行操作。

圖1 集散控制系統(tǒng)(DCS)配置示意圖

分段分析法可以將子站與操作站之間的部分作為分段1，子站內部作為分段2，子站與現(xiàn)場控制設備之間的部分作為分段3。

分段1的功能是對所有信號的傳輸。如果出現(xiàn)局部子站信號全部丟失的現(xiàn)象，則可以判斷為分段1或者各子站電源問題。由于組網方式多種多樣，必須根據不同的組網方式來判斷，光纖環(huán)網是可靠性比較高的組網方式，任何一段出現(xiàn)斷裂都不會影響網絡傳輸，而同時出現(xiàn)斷裂的幾率又十分微小，所以，當出現(xiàn)局部子站信號全部丟失的情況時，多數(shù)是由于PLC電源故障。UPS作為向PLC提供不間斷電源的設備，必須保持良好的運行狀態(tài)，必須經常檢查，并做好設備維護記錄，對出現(xiàn)的問題必須及時解決，這是關系到設備能否正常運行的關鍵。如果組網方式為星型網絡，由于這種組網方式的可靠性比較低，任何一點出現(xiàn)斷裂都會導致一個子站的信號出現(xiàn)問題，出現(xiàn)此問題時就必須考慮是否是分段1的問題。對斷裂點必須及時熔接，或者考慮使用備用線路。

如果出現(xiàn)個別信號丟失，可以考慮為分段3的問題。例如某電機的備妥信號丟失，可以先從分段3輸出端開始檢查，用萬用表量測是否有輸出電壓以及輸出電壓是否正常，如果沒有電壓，則是分段3的問題，然后再考慮是否是設備現(xiàn)場接觸器失效或者接觸有松動造成的，可以對接觸器進行清理，檢查接觸器是否損壞，若有損壞則更換接觸器，若無損壞則檢查分段3的線路或者接觸器底座；如果分段3輸出端有電壓且電壓正常，則是分段2的問題，可以檢查PLC的內部通道是否正常。內部通道可以通過短接信號來檢查，就是將正常的信號接到此通道上，看上位機上的信號是否顯示正常，如果正常則通道沒問題，如果不正常則考慮通道問題。如果是開關量信號，則需檢查中間繼電器是否燒壞、繼電器底座是否接觸不良等。如果是模擬量信號，則檢查信號隔離器是否正常，可通過對比隔離器輸入輸出電流的方法進行檢查，若存在微小差別，可以視為操作誤差；若出現(xiàn)大的差別，則隔離器不正常。若隔離器正常，則采取更換正常信號通道的方式再對比之前的結果，如果信號恢復正常，則是通道問題；若信號與之前的情況相同，則說明通道正常，再考慮其他干擾問題。

如果出現(xiàn)某一子站一類信號丟失，例如開關量信號全部丟失，則考慮控制電源是否出現(xiàn)問題。

2 PLC及主要元器件故障

PLC作為控制器，因其微處理器采用的電路簡單、邏輯處理迅速等特點，被廣泛應用于現(xiàn)代自動化控制中，特別適合于復雜的邏輯控制、工業(yè)監(jiān)控、設備安全保護等方面。由于它是以弱電信號工作的電子設備，因而也就不可避免地存在著適應環(huán)境能力差的固有弱點。PLC的優(yōu)點之一是具有高度的可靠性，制造廠家采取了各種措施來提高可靠性，使機器的無故障時間可達到4萬h～5萬h，但無故障時間長并不等于絕對無故障，如果使用不當或環(huán)境條件惡化，會增加故障率。這樣對PLC常見故障現(xiàn)象的綜合分析和邏輯判斷就尤為重要，可對故障的排除起到至關重要的作用[1]。

2.1 故障分類和診斷流程

由于PLC種類繁多，各種PLC的故障現(xiàn)象也不盡相同，根據自己在日常工作中遇到或了解到的PLC故障現(xiàn)象和原因，一般情況下PLC的常見故障主要有：程序不執(zhí)行；CPU死機;輸入輸出單元不工作；程序內容發(fā)生改變等。

2.2 故障診斷要點

2.2.1 CPU發(fā)生異常

首先，查看上位機與CPU的連接是否正常、穩(wěn)定，在排除線路問題的情況下，應檢查CPU的IP地址是否丟失，若丟失應再次設定IP地址；其次，檢查為CPU提供穩(wěn)定電源的UPS是否發(fā)生異常，輸出電壓是否在正常范圍內，是否因長時間使用而導致電池電量過低，或者是使用壽命已到期，為CPU保存內部程序的電池是否正常工作，是否還有足夠的電量，CPU是否出現(xiàn)過斷電現(xiàn)象，若CPU斷電會導致程序丟失，應重新下裝程序；再次，檢查CPU與背板之間是否有松動，若有應及時緊固。

2.2.2 程序存儲器故障[2]

程序存儲器異常時，如果是程序存儲器的問題，在重新下裝程序后仍然會出現(xiàn)類似情況。如果這種情況是由于干擾引起的，則應做好隔離防護措施；若不是因干擾引起的，則應更換程序存儲器。

2.2.3 輸入輸出單元不工作

對于輸入輸出單元故障，基本采用更換輸入輸出單元的方式來處理。若更換了輸入輸出單元后仍不工作，則考慮是線路及元器件底座或者電源問題。

本文僅就DCS系統(tǒng)的一些基本故障進行了分析，有些問題還有待于更深層次的研究。

參考文獻：

[1] 趙圣國，萬麗.PLC故障診斷與排除方法[J].中國新技術新產品，2009(6)：137-138.

[2] 張聚才.可編程控制器的故障分析及預防措施(二)[J].機床電器，1995(6)：35-39.

作者簡介：解月林(1969-)，女，山西大同人，工程師，2011年7月畢業(yè)于太原科技大學電氣工程及自動化專業(yè)，現(xiàn)從事DCS系統(tǒng)編程及日常維護工作。