防水之家讯:随着DCS(集散控制系统)在新型干法水泥生产线中的应用与发展,特别是国外DCS的引入,中控系统运行一段时间后暴露出来的故障很难及时得到解决,加之国外DCS工程师的服务费用实在太高,怎样深入了解DCS系统的程序内核,增加故障出现后的应对手段,解决故障时少走弯路,是摆在水泥行业电气自动化工作人员面前的一个课题,下面就本公司DCS系统中出现的疑难病症作出浅析。
1、系统介绍
我公司中控系统选用的是ABB公司的DCF800系统,版本号为8.2,该系统以安装简便、容易维护等优点着称,被广泛应用于建材、发电、化工等行业。自2008年12月28日我公司2500tpd熟料生产线点火投产以来,DCS系统运行稳定、可靠。下图为我公司DCS柜总貌:
从左至右分别为:DCS的控制器柜、SL_1F2_2站柜、SL_1F2_3站柜、SL_1F2_4站柜。控制器柜内含电源模块、CPU、profibus模块等组件,即图中红圈所示,左边竖列为SL_1F2_1站。各站间通过DP线连接CI801模块建立通讯。
2、故障描述
在2012年5月4日,中控操作员站突然出现“从设备不存在”“模件1 诊测故障”等报警信息,5月5日起尾排风机与生料辊压机频繁跳闸,中控显示“备妥丢失”和“无应答”。
经组织公司技术力量进行分析:尾排风机与生料辊压机的DI810接入模块均隶属于该站通讯模件的第四块CI801,即图1所示的“SL_1F2_4”站的通讯模块,结合中控电脑显示的“SL_1F2_4 模件故障:从设备不存在”,经讨论后认为报警和跳闸可能是因为“SL_1F2_4”站的CI801通讯模件故障导致。
3、故障原因分析及处理
在更换CI801后运行不久报警信息再次出现,尾排风机重复跳闸,在与ABB技术工程师电话讨论后分析可能是出现了“丢包”现象,一般“丢包”的原因:1、CI801的供电电源故障;2、通讯电缆不通;3、通讯DP头虚接;4、CI801模件损坏。为了一次性解决所有可能存在的故障,经请示领导后停窑两小时,将CI801和电源、通讯电缆和DP头全部更换,并将控制器主电源断开重起,中控程序重新加载所有站,确认故障点清除后开机,中控报警消失,但在5月8日中午,“SL_1F2_4 模件故障:从设备不存在”报警如幽灵般再次浮现,即使更换PROFIBUS模件、DP电缆、DP头和CI801也无济于事,大窑一天内因尾排跳闸止料5次,事故处理陷入困境。
4、处理受阻后的临时应急方案
为了保证大窑的正常运行,技术部仔细检查了程序模块,并分析了“应答”DI在程序中占用的时间,以及并不是每次出现报警就跳闸的特点,认定 “丢包”是在系统设定的时间内通讯不能建立,超过时限才会跳闸,如果时间足够,即可让系统一直处于等待状态,而不会判定该站不存在。由于SL_1F2_4所属的模件为重点设备的DI点,DO点由其它站来控制,于是决定在程序模块的“应答”常量前加入一个时间控制模块,看图2红色圆圈所示:
从图2的波形中分析,我们以关延时为控制手段,在“无应答”故障出现后,时间控制模块将会给控制器提供一个长达10秒(该数值0-60S可调)的虚拟“应答”信号,原理见波形图中的TS量。
这样足够等到系统第二次扫描时能收到“数据包”,经调试检查无误后加载运行--有趣的一幕出现了:SL_1F2_4再也没有出现“从设备不存在”的报警信息,但是,SL_1F2_1、SL_1F2_2和SL_1F2_3却频繁报警。
此时因为SL_1F2_4站不报警,尾排风机及窑上的主要设备再未出现跳闸现象,系统投料正常,大窑运行稳定,初步实现了应急方案的阶段目标,给事故的彻底处理争取到了时间。
5、故障的根本原因及解决办法
SL_1F2_1、SL_1F2_2和SL_1F2_3站所属的设备为生料辊压机的辅机系统,窑上是不再跳闸了,但生料的入辊提升机、出辊提升机、进料皮带机等设备出现了频次很高的、无规律性的停机,真个是“你方跳罢我登场”。摆在技术部面前的就只有两种选择:第一是把所有辅机程序模块的DI、DO全部加上与窑上SL_1F2_4站DI一样的时间控制器,上升沿触发,延时关闭,以躲过跳闸;第二是找到报警的真正原因,把故障彻底解决。
第一个选择是当前可以操作的,但是这样做工作量太大,而且修改程序后会否出现另外的报警信号心里没有底,很有可能一个故障消除又带来另一个故障,最后整个程序层层打包成了“木乃依”,可靠性与速度大大降低。第二个选择没有目的性,只能用最笨的办法,需要对从控制器到通讯模件、全部线缆按当初新建网路时重组,这样做无疑工作量更大,而且将会长时间影响大窑生产。
这是一个艰难的选择,需要仔细地衡量。
就在山重水复的时候,柳暗花明的一刻出现了:生料系统因为跳闸太过频繁,对设备冲击太大,决定暂时全部停机不开,以待问题解决或者料尽停窑,此时无意识地扫视操作员站的信息,突然发现SL_1F2_1、SL_1F2_2和SL_1F2_3站原本不停闪烁的报警信息一瞬间消息得无影无踪,“干扰,一定是干扰!”。目的一下变得明确:一台一台单开设备查找干扰源。在辊压机系统的V型选粉机变频器开启的时候,报警信息出现。
该变频器处于高、低压综合配电室内,距离DCS室约20米,AI、AO与DI、DO信号经KVVP型多芯屏蔽电缆沿电缆沟敷设与DCS系统硬连接,在DCS柜端拆除与之相连的电缆后故障并没有消除,所以首先排除了因线缆连接传导的干扰。鉴于生料辊压机触摸屏与DCS连接的DP电缆经过变频器柜下电缆沟(路径为唯一途径),且在辊压机开起,而V型选粉机未开时系统显示正常,于是重点对V型选粉机变频器柜进行了检查。
故障的引发原因排除硬连接传导后,就只剩下变频器起动和运行时产生的强电磁对途经柜下的DP线的干扰,在不能改变敷设路径的情况下,我们决定对变屏柜、DCS柜及DP线缆本身的屏蔽线进行重接,物品准备:3#砂纸、板锉。
首先将变屏柜屏蔽接地线连接螺丝松开,发现屏蔽接地线(图4左)和接地点(图4右)有发黑氧化迹象,用板锉进行打磨,砂纸抛光后重新安装。
随后检查DCS控制柜屏蔽接地线,该连接方式为各出线电缆的屏蔽线与DP电缆的屏蔽线编织成铜辫再统一连接至接地桩,由图5可以看出,原来的连接非常粗糙,存在虚接隐患,拆开后用砂纸抛光,做成接线鼻子,加装弹性垫圈,螺母压紧,用数字万用表测量各DP线首端屏蔽线对地电阻为0.6欧姆,接地良好。
完工后对DCS柜、变频器柜送电,中控室按流程逐一开机,至正常投料生产,操作员站未出现报警信息,连续运行至8月底,DCS系统运转正常,故障得以彻底排除。
在召开事故分析会后确定最终原因应该是由于近四年的运行,屏蔽接地线接头出现氧化和虚接,导致DP电缆受到变频器运行时的强干扰不能完全屏蔽,从而影响到整个控制器收、发数据包的通畅。这也是DCS系统出现报警信息后时跳时不跳的原因所在。
6、结语
DCS系统因通讯模件出现的故障有很多,常规而有效的处理方法一般是直接更换模件,以减少停机时间,但在常规方法不给力的时候,就需要另辟蹊径,在不影响主控系统的情况下,利用程序上的可以实现的方法优先保证窑系统的运转以争取时间。在最终处理问题的时候,往往会走入一个“前面运行几年都很好,那干扰必定不会存在”这样一个误区,而干扰恰恰是通讯系统最大的敌人。因此,在通讯类故障出现后,首先查找干扰源往往会事半功倍。
注解:“丢包”
一般来说,DCS控制器以profibus协议进行通讯时,主站采集从站信息一个周期,即轮询一周所用的时间为50-60ms,如果现场的开关量输入信号低于这个范围发生跳变,或是因某种原因造成本周期内信号不畅,就会出现采集不到DI信号或是DI信号不能及时传送给控制器,新的周期内采集的数据覆盖上周期数据,从而导致现场采集的DI信号丢失,俗称“数据包丢失”或“丢包”。
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