淺談DCS自動控制系統的調試

王繼和

【摘 要】本文介紹了化工生產中使用的DCS系統調試前的檢查和準備工作，以及DCS系統調試的主要方法，并對調試過程中出現的故障的診斷與處理作了簡要的描述。

【關鍵詞】D C S、調試、方法、故障診斷、處理

【中圖分類號】 C931.9【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0051-01

前言

分散控制系統DCS是以微處理機為基礎，集先進的計算機技術、通訊技術、CRT技術和控制技術于一體的控制系統。主要通過操作站對整個工藝過程進行集中監視、操作、管理，通過控制站對工藝過程各部分進行分散控制。 其功能特點是：通用性強、系統組態靈活、控制功能完善、數據處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、安裝簡單規范化、調試方便、運行安全可靠等。不同的集散控制系統所實現的功能和調試方法也不盡相同，但總的內容與步驟大致相同。

一、DCS系統調試前進行檢查

系統調試前的檢查是為了保證開機順利、可靠。通常集散系統不經檢查是不允許送電和不允許開機的，而且在每次送電和每次開機前，都應進行必要的檢查。

檢查的主要內容如下：（1）檢查主控室和現場控制站的空氣溫度、濕度、室內照度是否達到使用條件。為此要檢查空調系統、照明系統和空氣凈化系統的運行是否正常，是否符合要求，有一項不合格，就不具備開機條件。若停機時間不長，而且不是因為環境問題停機，可以適當放松，只要環境的溫度、濕度和凈化度在控制范圍之內即可。（2）導線絕緣電阻的檢查，此項檢查可以作為抽查項目。每個回路都有超載保護，可以抽查幾個回路。檢查方法是把導線和設備斷開，用兆歐表測絕緣電阻。具體要求是：信號線路絕緣 ≥2MΩ，補償導線之間的絕緣電阻≥0.5MΩ，系統電源帶電部分與外殼的絕緣≥5MΩ。（3）供電檢查分為兩個步驟：：第一是裝置的供電系統檢查，包括UPS的檢查和24VDC供電柜的檢查；第二是供電電源的檢查，包括熔斷管容量的檢查和負載性能的測試。

二、調試的主要方法

1、系統調試的覆蓋方法

1）硬件調試項目覆蓋。把硬件分類，制定調試表格，將具體的檢驗項目的正確狀態、數據和允許誤差填好。測試時按表格檢查，注意記錄。

2）軟件調試覆蓋。其實軟件已經過廠家的出場調試，現場調試的主要工作是檢查使用系統軟件，對相應軟件進行結構性測試和功能性測試。

3）單回路調試。根據回路接線圖，將輸入、輸出信號按模擬量、數字量等類型分類，并按其范圍和特點分組，排出調試順序。無論一個回路的調試分幾部分完成，每完成一部分即用色筆在回路圖對已經調試的線路和單元做好標記，同時要做好相應的數據記錄。

4）聯鎖回路調試覆蓋。利用設計提供的信號聯鎖邏輯圖或將線路圖整理為邏輯測試圖，對聯鎖系統進行邏輯功能調試。重點為測試前核對邏輯圖。邏輯“1”和“0”的條件結果需雙重測試。不能遺漏設計需要的邏輯功能，也不能出現多的邏輯功能。

5）程序控制系統調試覆蓋。按程序表逐步測試，對每一步的進行條件、各元件狀態、程序時間全面檢查、試驗。

2、系統調試的模擬方法

系統調試中采用綜合模擬方法。采用這種方法的目的是在系統投入生產過程以前完整、真實的模擬過程參數，進行系統狀態調試。

1）輸入信號模擬。在系統中模擬輸入過程變量相應的信號，使用0.05級數字萬用表和數字式壓力表做標準表，保證精度上的要求。

2）輸出負載模擬。冷態調試時，現場負載不接入。對模擬量輸出負載，可在控制室內有關盤中輸出輸入端子上接入與負載相當的小功率電阻，使其在屏幕上正常顯示。當數字輸出信號的負載需要時，可用信號燈模擬。熱態調試前拆除模擬負載。

3）系統模擬。系統模擬主要使用在重要且復雜的聯鎖系統，采用冷態調試。制作模擬板，數字信號用開關和信號燈模擬，模擬量信號可由簡易電子元件線路產生。

4）故障模擬。故障模擬的主要目的是為了檢查計算機系統對故障的檢測診斷和冗余功能。送入越限信號，故障信號，測試操作站的顯示狀態。用切斷電源、切斷負載、拔出插件（卡）、人為調整和加臨時跨接線等方法模擬故障狀態，測試操作站對相應故障的檢測診斷和冗余功能。

三、調試人機對話

利用DCS操作站等人機接口的功能，如各單元插卡的發光二極管顯示，以及現場的顯示操作部分等，或必要時在端子上插入臨時的人機接口，提高系統調試的速度、效率和準確性。其要點是：數據通道按三級優先權通訊。對不同的功能畫面，掃描周期不同。注意調試中相應等待、監視、延時，不要急與對話。延時也包括調節單元的滯后，如向調節閥發送改變輸出信號后，需等待閥的動作時間。

四、DCS系統現場調試中的故障診斷與處理

DCS系統盡管有很多優越性，給現場安裝，調試及系統運行帶來了很多方便，然而要保證控制系統輸入輸出點順利開通，所有回路、聯鎖及報警系統安全、正確、可靠地投入運行，仍然必須注意現場安裝，調試的高質量與高效率，及時排除隱患。根據以往的經驗，在施工過程中要注意以下幾個方面的問題，并采取相應的措施。

1、常見的硬件故障及軟件故障

常見的硬件故障有：（1）系統插卡和元件故障。（2）線路故障。（3）電源故障。

軟件方面的故障有：（1）程序錯誤。（2）組態錯誤。

2、故障測試的基本途徑

現場調試主要包括三部分：硬件調試、軟件調試和系統調試。硬件調試和軟件調試也可以和現場安裝后對DCS系統的設備檢驗工作一起進行。系統調試是安裝后投運前對軟件、硬件的綜合性的最終檢查?？梢猿浞掷弥圃鞆S提供的故障檢查流程圖和故障診斷表。

3、故障的位置及處理

（1）DCS系統能及時對掛在總線上的各回路進行周期診斷，通過檢查如發現異?，F象，其內容就被編譯成代碼，經由總線的操作站傳遞信息，從而在CRT上顯示和報告故障發生的位置。通過CRT了解故障情況后，應進一步通過機柜的有關卡件上的發光二極管的顯示狀態查詢不正常狀態的故障內容。插件外部的故障則要逐步檢查分析。

（2）常見的故障定位方法：根據故障現象、范圍、特點以及故障發生的記錄，直接分析，判斷產生的原因和故障的部位，查出故障。對一些明顯的有外表特征的故障，通過外觀檢查，判斷故障部位，如插頭松動、斷線、碰線、短路、元件發熱燒壞、虛焊等等。有的故障是暫時性的，可以通過人為的搖動，敲擊來發現。對懷疑有問題的故障部件，用備件或同樣的卡件進行替換，或相互比較。注意替換以前要分析排除一些危害故障，如電源異常，負載短路等引起的元件損壞的故障，若不先行排除這些故障則替換后可能會繼續損壞元件。當故障范圍不明時，可對故障相關的部件、線路進行分段，逐段分析檢查。將某些部件或線路暫時斷開，觀察故障現象變化情況，逐步縮小故障范圍，以確定故障部位。

測試中若發現組態錯誤，可以核對組態表格和組態數據。對組態的修改要有專人負責。對于組態點，在調試過程中要逐一核對。對調試中的某些信號，有時還需要臨時改變組態數據，以方便調試回路，調試完后應恢復原來的狀態。

應用軟件的編制一般在設計階段已經完成，因而在現場調試時難免會有一些程序上的修改，包括程序編寫錯誤和控制上的變化修改。每套系統都有特定的編程語言，在調試中可以對程序進行檢查和運行。

在系統調試中如故障無法進行在線診斷，可進行離線診斷。操作站的離線診斷主要是利用專用設備進行調試，檢查有關功能。

結束語

系統調試是DCS投運的重要環節，根據工作經驗，總結出DCS在系統調試中的一些方法和步驟，只有把DCS系統調試好，才能保證DCS的順利投運。

參考文獻

[1] 樂嘉謙.化工儀表維修工[M].北京化學工業出版社，2005