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1、分散控制系统(dcs)概述
DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点，在国内外电力、石油、化工、冶金、轻工等生产领域特别是大型发电机组有着较为广泛的应用。目前国内应用较多的的品牌主要有：
(1)国外品牌：霍尼韦尔、ABB、西屋、西门子、横河等；
(2)国内：国电智深、和利时、新华、浙大中控等。
DCS的安全、可靠与否对于保证机组的安全、稳定运行至关重要，若发生问题将有可能造成机组设备的严重损坏甚至人身安全事故。所以非常有必要分析DCS运行中出现的各类问题，采取措施提高火电厂DCS的安全可靠性。
2、DCS在生产过程中的故障情况
每个厂家的DCS都有其各自特点，因此其故障的现象分析和处理不尽相同，但归纳起来由DCS引起机组二类及以上障碍可划分为三大类：
(1)系统本身问题，包括设计安装缺陷、软硬件故障等。
(2)人为因素造成的故障，包括人员造成的误操作，管理制度不完善及执行环节落实。
(3)系统外部环境问题造成DCS故障。如环境温度过高、湿度过高或过低、粉尘、振动以及小动物等因素造成异常。
2.1DCS本身问题故障实例
此类故障在生产过程中较为常见，主要包括系统设计安装缺陷、控制器(DPU或CPU)死机、脱网等故障，操作员站黑屏，网络通讯堵塞，软件存在缺陷，系统配置较低，与其他系统及设备接口存在问题等。
2.1.1电源及接地问题
(1)某电厂DCS电源系统采用的是ABB公司SymphonyIII型电源，但基建时仍按照II型电源的接地方式进行机柜安装，与III型电源接地技术要求差异很大。机组投产以来发生多次DCS模件故障、信号跳变、硬件烧坏的情况，疑与接地系统有关。同样，某电厂在基建期间DCS接地网设计制作安装存在问题，DCS系统运行后所有热电阻热电偶温度测点出现周期波动。
(2)某厂因电源连线松动而导致汽机侧控制系统失效。
经验教训：DCS没有良好的接地系统和合理的电缆屏蔽，不仅系统干扰大，控制系统易误发信号，还易使模件损坏。可见，ups电源、控制系统接地等存在问题将给电厂投产后DCS的安全稳定运行留下极大隐患。因此，DCS系统电源设计一定要有可靠的后备手段，负荷配置要合理并有一定余量；DCS的系统接地必须严格遵守制造厂技术要求(如制造厂无特殊说明应按照DLT774规定执行)，所有进入DSC系统控制信号的电缆必须采用质量合格的屏蔽电缆，并要同动力电缆分开敷设且有良好的单端接地。
2.1.2系统配置问题
(1)浙江某电厂DCS(T-ME/XP系统)频繁故障和死机造成机组停运事故。7、8机组(2*330MW)，从1997年2月试生产至5月，两台机组共发生22次DCS系统故障和死机，造成机组不正常跳闸8次。之后又多次发生操作画面故障(8号机组有两次发生全部6台操作站“黑屏”)，严重威胁机组安全。经分析认为其DCS系统存在以下几个方面的问题：
①DCS工程设计在性能计算软件、开关量冗余配置上存在问题。
②硬件配置不匹配(其中包括T-ME和T-XP两种系统的匹配和通信问题)。
③个别硬件设计不完善。
④进一步分析，关键的CS275(下层T-ME)通讯总线负荷率过高出现“瓶颈”问题现象。而欧洲T-ME/XP系统用户在配置合理的前提下，T-ME/XP系统使用情况基本良好。
(2)某电厂在200MW机组的热控系统自动化改造上使用的DCS，由于系统配置的负荷率计算不准且为了减少投资，技术指标均接近允许极限，加之该系统有运行时中间虚拟I/O点量大的特点，所以在改造后期调试时发现个别控制器的负荷率竟超过了90%，个别软手操操作响应竟接近1min，根本无法使用，后经过大幅度调整(系统重新增加配置)，才解决了这个问题。
(3)东北某600MW机组，由于招标技术规范对I/O通道隔离性质表述不到位，因此DCS厂家做的配置很低，结果在调试时烧损了大量的I/O板，后来改变了隔离方式和更改换了硬件，电厂又花费了许多资金，也抵消了当初的招标价格优势。此外，电缆的质量与屏蔽问题也必须高度重视，重要信号及控制应使用计算机专用屏蔽电缆，许多改造工程正是由于电缆的问题导致电缆不得不重新敷设，影响了工期。
(4)某电厂300MW机组新华XDPS-400系统工程师站频繁死机，经检查发现其运行程序较多：多个虚拟DPU、历史数据记录、性能计算、报表等。把历史数据分配至别的人机接口站问题解决。
2.1.3控制器(DPU或CPU)故障
(1)某电厂300MW12DPU故障，对其在线更换，使用的是小机MEH系统的DPU备品。在更换DPU后，只将12副控未写电子磁盘，其实质只是将副控DPU的内存内容与主控保持一致，12DPU成为主控，由于其逻辑为MEH逻辑而非DEH逻辑，造成系统通讯异常、数据频闪、画面显示不正常，人机接口站无法操作。在重新对32DPU逻辑并写盘后正常。
(2)某电厂HIACS-5000CM控制系统，循环水泵房远程I/O卡件更换，未执行在线更换操作步骤，其卡件未能激活进入工作状态，导致现场设备状态与DCS画面不符，设备无法控制。执行在线更换步序后，系统正常。
2.2.2人员误操作
(1)某电厂机组运行中，在进行处理缺陷时工作人员误动DCS继电器柜继电器造成引风机跳闸，锅炉MFT。
(2)某电厂DCS卡件故障，在进行更换卡件过程中，由于工作人员未认真核对设备、卡件,跳线错误导致新更换的卡件烧损。
2.2.3管理制度不完善
(1)某电厂DCS系统管理制度不完善，未对软件升级、备份等工作进行规定。其辅网水处理POK1操作员站在升级打补丁后，未进行备份。该操作员站硬盘出现故障在进行系统恢复后，由于其软件版本较低，导致与网络通讯不正常，数据不刷新。
(2)某电厂操作员站管理不严，其放置于集控室的主机USB端口及光驱未进行有效封闭，个别运行人员夜班期间利用操作员站玩游戏、看电影，导致操作员站死机。
2.3外部环境因素造成DCS故障实例
外部环境因素造成DCS故障的数量相比于前两类问题而言相对较少，但在实际生产过程中也时有发生。
(1)某电厂电子设备间风道口正处于DPU机柜上方，由于设计和其他原因，机组运行中消防水通过风道流入DCS机柜，导致DPU、服务器等设备进水烧损，机组停运。
(2)某电厂循环水泵房远程IO柜，由于底部封堵不严，造成冬季老鼠窜入，在机柜上部温度较高处构筑巢穴，最终造成远程IO脱双网。
(3)某电厂电子设备间的封闭性较差，卡件、DPU积灰较为严重，曾多次出现故障。在采取完善电子间封闭、加装空调等措施后卡件、DPU等故障基本杜绝。
通过以上诸多故障实例，我们不难看出，降低DCS系统的故障几率，必须做好分散控制系统从选型设计到运行、维护的全方位工作。
3、DCS故障防范及维护措施
3.1DCS的选型设计调试
3.1.1无论新建机组还是升级改造的DCS，系统和控制器的配置要重点考虑可靠性和负荷率(包括冗余度)指标。通讯总线负荷率设计必须控制在合理的范围内，控制器的负荷率要尽可能均衡，要避免因涉及规模大而资金不足所带来的、影响系统安全运行的“高负荷”问题的发生。
3.1.2系统控制逻辑的分配，不宜过分集中在某个控制器上，主要控制器应采用冗余配置。
3.1.3电源设计必须合理可靠。一是要强调电源设计的负荷率；二是要强调电源的冗余配置方式，同时一定要保证两路电源的独立性。
3.1.4要注重DCS系统接口的可靠性措施。强调重要接口的冗余度和接口方式的选择，主要是注意可靠性和实时性。
3.1.5对于DCS系统接地一定按厂家要求执行，避免接地问题造成系统大面积故障。应注重考虑系统的抗干扰措施、自诊断和自恢复能力，I/O通道应强调隔离措施。电缆的质量与屏蔽问题也必须高度重视，重要信号及控制应使用计算机专用屏蔽电缆。
3.1.6要充分考虑主辅设备的可控性，要根据设备的运行特点和各种工况下机组处理紧急故障的要求，配置操作员站和后备手操装置。紧急停机停炉按钮配置，应采用与DCS分开的单独操作回路。同时，不能盲目地追求人机界面的“简洁化”，系统配置还应以满足安全生产为第一位。特殊有关安全的紧急干预性操作不能完全建立在DCS完好的基础上。
3.1.7对涉及机组安全的执行机构、阀门等外围设备，在设计与配置时，要保证这些关键设备在失电、失气、失信号或DCS系统失灵的情况下，能够向安全方向动作或保持原位。
3.1.8对于保护系统，应采用多重化信号摄取法，并合理使用闭锁条件，使信号回路具有逻辑判断能力。
3.1.9在调试期间按照调试大纲和具体办法，对所有逻辑、回路、工况进行测试。
3.2DCS运行、启停维护
3.2.1做好维护准备工作
做好DCS系统的维护工作，主要包括：
(1)维护人员应了解系统总体设计思路。熟悉DCS系统结构和功能构成，了解系统设备硬件知识，熟知各部件如控制器、IO卡件、电源等正常状态和异常状态，熟练掌握DCS组态软件。
(2)系统的备份：包括操作系统、驱动程序、引导启动盘、控制系统软件、授权盘、控制组态数据库，并控制组态数据是最新的和完整的。针对实际使用中的光盘容易磨损的缺点，注意多做备份，并采用移动硬盘、U盘、硬盘等备份形式确保各软件的保存。
(3)硬件储备：对易损、使用周期短的部件和关键部件如键盘鼠标、I/O模块、电源、通讯卡等都应根据实际情况作适量的备份，保证各类型卡件、模块备品不少于1个，并按照制造厂要求存放，如有条件应对备品进行校验，切实掌握备品卡件模块状态。
(4)整理各类产品的售后服务范围、时间表，形成一份硬件生产厂家、系统设计单位技术支持人员通信录，充分利用DCS供货商和系统设计单位技术支持。
3.2.2日常维护
系统的日常维护是DCS系统稳定高效运行的基础，主要的维护工作有以下几点：
(1)根据25项反措要求、DL/T774检修维护规程等制度文件规定，完善DCS系统管理制度。
(2)保证电子设备间的良好封闭，防止小动物窜入，减小粉尘对元件运行及散热产生的不良影响，保证温度、湿度符合制造厂规定，避免由于温度、湿度急剧变化导致在系统设备上的凝露。可考虑将DCS电子间的环境温度信号引入CRT中，并有报警。
(3)每天检查系统各机柜风扇是否工作正常，风道有无阻塞，以确保系统各设备能长期可靠地运行。
(4)保证系统供电电源质量且为两路电源可靠供电，当任一电源失去即报警。
(5)电子设备间禁止使用无线通讯工具，避免电磁场对系统的干扰，避免移动运行中的操作站、显示器等，避免拉动或碰伤设备连接电缆和通讯电缆等。
(6)规范DCS系统软件和应用软件管理，软件的修改、更新、升级必须履行审批授权及负责人制度。严禁使用非正版软件和安装与系统无关软件，做好主机USB端口、光驱等的封闭管理工作。
(7)做好各控制回路的PID参数、调节器正反作用等系统数据记录工作。
(8)检查控制主机、显示器、鼠标、键盘等硬件是否完好，实时监控工作是否正常。查看故障诊断画面，是否有故障提示。
(9)DCS设备包括DPU、人机接口站等上电应按照一定次序逐一进行，每台设备上电观察正常后再进行下一设备上电，避免出现异常难于分析。上电后，通信接头不能与机柜等导电体相碰，互为冗余的通信线、通信接头不能碰在一起，以免烧坏通信网卡。
(10)定期对DCS主系统及与主系统连接的所有相关系统的通信负荷率进行在线测试。检查冗余主从设备状态，条件许可或定期进行主从设备切换，对设备自行切换的原因进行检查分析。
(11)增加组态易读性：对重要组态页增加了中文描述；对重要保护系统编写与组态一致的详细逻辑说明书；编制试验操作卡并保证随时更新。规范DCS组态作业，机组运行中尽量不做重大组态修改。必须进行组态时应慎重，充分做好相应的技术措施和安全措施，确保DCS和机组的安全稳定运行。
(12)定期逐台重新启动所有人机接口站一次(建议2、3个月左右)，以消除计算机长期运行的累计误差。
3.2.3停运维护
机组检修期间应对DCS系统应进行彻底的维护，主要包括：
(1)利用机组检修时间逐个复位DCS系统的DPU、CPU和操作员站及数据站；删除组态中的无效I/O点，对组态进行优化。
(2)系统冗余测试：对冗余电源、服务器、控制器、通讯网络进行冗余测试。注意观察系统停运过程中各设备停电时，主从设备切换、网络、人机接口站是否正常；系统检修重新上电后对各设备进行切换测试。
(3)系统灰尘清除：系统停运的情况下，整个系统进行吹灰，包括计算机内部、控制站机笼、电源箱、风扇、机柜滤网等部件的灰尘清理。
(4)系统供电线路检修，对UPS进行供电能力测试和实施放电操作。同时注意检查DPU主机卡CMOS电池电量，进行定期更换，防止因电池而引起的CMOS数据丢失。
(5)接地系统检修。包括端子检查、对地电阻测试。
(6)现场设备检修，根据检修维护规程，参照有关设备说明书进行。
(7)检查DCS系统和其他系统的接口，重要信号冗余处理，与其他系统的通信视其具体情况，采取单向传输和加装防火墙措施。
(8)系统上电：系统大修后维护负责人确认条件具备，方可上电。并应严格遵照上电步骤进行。
3.2.4故障检修维护
系统在发生故障后应进行被动性维护，主要包括以下工作：
(1)在日常工作中应认真按照25项反措要求，充分做好包括DPU(CPU)死机、网络通讯崩溃在内的各种事故预想，将运行紧急处理措施、安全措施、技术措施、检修步骤编写成册，确保机组的安全运行。
(2)处理DCS故障按照制造厂应用手册中的要求开展工作，更换前确认卡件模块型号、地址(应确保与其他设备地址不冲突)、跳线等与被更换卡件一致并严格执行在线更换程序。
(3)故障被动维护同样应严格执行工作票制度，避免抢修冒进，应结合具体故障表现进行详细分析。根据DCS系统自诊断报警、故障现象判断，找到故障点，通过报警的消除来验证维修结果。如：通信接头接触不良会引起通信故障，确认通信接头接触不良后，利用工具重做接头；通信线破损应及时更换。某个卡件故障灯闪烁或者卡件上全部数据都为零，可能的原因是组态信息有错、卡件处于备用状态而冗余端子连接线未接、卡件本身故障、该槽位没有组态信息等。当某一生产状态异常或报警时，可以先找到反映此状态的仪表，然后顺着信号向上传递的方向，用仪器逐一检查信号的正误，直到查出故障所在。
(4)现场设备故障检修必须开具工作票，做好DCS强制和隔离措施。阀门维修时，应起用旁路阀。检修结束后及时通知集控运行人员进行检验，操作人员应将自控回路切为手动。
(5)当出现较大规模的硬件故障、原因不明故障或超出本厂维护人员技术水平的故障时，除当时采取紧急备件更换工作外，要及时和厂家取得联系，由厂家专业技术支持工程师进一步确认和排除故障。
4、结束语
DCS应进行从设计、施工、调试、运行进行全过程全方位管理，作为系统维护人员应根据系统配置和生产设备控制情况，制定科学、合理、可行的维护策略和方式方法，做到预防性维护、日常维护紧密配合，进行系统的、有计划的、定期的维护，对运行中出现的各种故障，应具体问题具体分析。减少DCS的故障关键是要做到预防第一，保证系统在要求的环境下长期良好地运行。
