DCS系统中“从设备不存在”故障的解析与处理

　　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：[Page]

　　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。[Page]

　　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”。