黑燈科技-DCS通信故障分析

DCS通信故障分析

DCS通信故障，通過(guò)系統(tǒng)檢查、現(xiàn)場(chǎng)排查分析了該故障的原因，試驗(yàn)證明變頻器為主要干擾源，塔架及液氬罐的地線(xiàn)為傳播干擾的途徑。通過(guò)對(duì)DCS盤(pán)柜、變頻機(jī)柜的分析，得出干擾主要為感應(yīng)耦合方式?？偨Y(jié)提出了防止該類(lèi)故障發(fā)生的改進(jìn)措施，有效解決了該故障問(wèn)題，保障生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：離散控制系統(tǒng)變頻器接地干擾

1DCS構(gòu)成

DCS從結(jié)構(gòu)上可分為過(guò)程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。過(guò)程級(jí)主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。操作級(jí)包括操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級(jí)主要是指工廠(chǎng)管理信息系統(tǒng)(MIS)。DCS的控制決策是由過(guò)程控制站完成的，即控制程序是由過(guò)程控制站執(zhí)行的。過(guò)程控制站是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由電源、中央處理器(CPU)、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成。

2故障現(xiàn)象

某多晶硅企業(yè)DCS突然出現(xiàn)C線(xiàn)UCN電纜故障，造成HPM控制器失效及數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)，根據(jù)歷史記錄發(fā)現(xiàn)某日9時(shí)左右發(fā)生UCN電纜B報(bào)警，后電纜A也同時(shí)報(bào)警，造成HPM 6個(gè)冗余控制器失效，同時(shí)操作站出現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)，大約持續(xù)了15min后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

廣州黑燈科技有限公司是專(zhuān)業(yè)從事各類(lèi)行業(yè)各種類(lèi)型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和自動(dòng)化工程項(xiàng)目承接，機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)，化工設(shè)備研制生產(chǎn)（擁有D1,D2壓力容器生產(chǎn)許可），智能機(jī)械人研究制造，自動(dòng)化生產(chǎn)流水線(xiàn)，可應(yīng)用在各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)上使用，技術(shù)團(tuán)隊(duì)已在自動(dòng)化控制方面積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，是一家專(zhuān)注于自動(dòng)化控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、自動(dòng)化工程項(xiàng)目承接和技術(shù)服務(wù)的技術(shù)型企業(yè)。自動(dòng)化配置緊自動(dòng)急切斷聯(lián)鎖裝置，并且應(yīng)配備光聲報(bào)警系統(tǒng)。能有限降低人員的傷亡的情況，減少財(cái)產(chǎn)損失。緊急切斷聯(lián)鎖裝置防止事故的發(fā)生。歡迎來(lái)電討論咨詢(xún)，關(guān)生18565060664   http://www.xm-fcx.com/

3排查故障過(guò)程

3.1系統(tǒng)檢查

1) 電源檢查。供電電壓由UPS電源系統(tǒng)供給，穩(wěn)定在219V左右，零線(xiàn)及安全地線(xiàn)無(wú)電勢(shì)差，電源狀態(tài)良好。

2) 接地檢查。外部母排接法比較規(guī)范，柜內(nèi)接地線(xiàn)規(guī)范及部分信號(hào)線(xiàn)屏蔽沒(méi)有接入母排。對(duì)每根接地線(xiàn)都進(jìn)行了測(cè)量，未發(fā)現(xiàn)過(guò)大的電流，大多數(shù)為1～5mA，只有幾根有10～50mA的電流，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。

3) 柜內(nèi)檢查。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)基本都經(jīng)隔離后再進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝未發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。UCN電纜連接正常，可以保證通信質(zhì)量，提高電纜抗干擾能力。

4) 系統(tǒng)觀(guān)察及測(cè)試。電纜切換： 正常；風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)測(cè)試： 開(kāi)機(jī)后1h左右發(fā)生1次UCN電纜噪音突增現(xiàn)象，再次測(cè)試時(shí)正常。

3.2現(xiàn)場(chǎng)排查

對(duì)DCS盤(pán)柜內(nèi)進(jìn)行檢查后，可以確認(rèn)故障為系統(tǒng)外界干擾所致(電磁干擾或接地竄入干擾)，即現(xiàn)場(chǎng)傳入。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多方數(shù)據(jù)調(diào)查對(duì)比與開(kāi)停大型轉(zhuǎn)機(jī)記錄分析，最終發(fā)現(xiàn)干擾來(lái)源于距DCS控制室40m處某工號(hào)廢氣洗滌系統(tǒng)中抽風(fēng)電機(jī)變頻柜，此變頻柜控制玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，功率22kW，用于硅塊、硅芯、石墨清洗間抽廢氣。變頻器功率約30kW。經(jīng)調(diào)閱此控制柜以前操作記錄，發(fā)現(xiàn)幾次操作通斷時(shí)間與DCS出現(xiàn)干擾時(shí)間基本吻合?，F(xiàn)在控制柜處于風(fēng)機(jī)停運(yùn)狀態(tài)，DCS也不存在干擾。

為了進(jìn)一步確定干擾源的存在和其他數(shù)據(jù)，組織相關(guān)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，故障排查流程如圖1所示。

試驗(yàn)結(jié)果可確定變頻器是主要干擾源，塔架和液氬罐的地線(xiàn)為傳播干擾的途徑。

4原因分析

4.1DCS盤(pán)柜分析

綜合DCS盤(pán)柜上述檢查結(jié)果，判斷系統(tǒng)運(yùn)行正常，無(wú)卡件質(zhì)量、電源及接地不規(guī)范問(wèn)題。UCN的噪音增加為突發(fā)現(xiàn)象，并且迅速發(fā)生、迅速消失，由此造成UCN冗余電纜短時(shí)間失效。該現(xiàn)象可確認(rèn)為系統(tǒng)外界干擾所致(電磁干擾或接地竄入干擾)，但當(dāng)時(shí)無(wú)測(cè)試設(shè)備，且缺乏對(duì)相關(guān)知識(shí)的了解，無(wú)法進(jìn)一步確認(rèn)電磁干擾強(qiáng)度。

4.2變頻器柜分析

現(xiàn)場(chǎng)變頻器柜主要針對(duì)變頻器的干擾分析。變頻器主要由整流電路、逆變電路、控制電路組成，其中整流電路和逆變電路由電力電子器件組成，而電力電子器件具有非線(xiàn)性特性，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，需進(jìn)行快速開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而產(chǎn)生高次諧波，因而變頻器輸出波形除基波外還含有大量高次諧波。無(wú)論是哪一種干擾類(lèi)型，高次諧波是變頻器產(chǎn)生干擾的主要原因。變頻器能產(chǎn)生功率較大的諧波，對(duì)系統(tǒng)其他設(shè)備干擾性較強(qiáng)，其干擾傳導(dǎo)途徑與一般電磁干擾傳導(dǎo)途徑是一致的，主要分為傳導(dǎo)(電路耦合)和輻射(電磁輻射、感應(yīng)耦合)。對(duì)周?chē)碾娮?、電氣設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)相鄰的其他線(xiàn)路產(chǎn)生感應(yīng)耦合，感應(yīng)出干擾電壓或電流。同樣，系統(tǒng)內(nèi)的干擾信號(hào)通過(guò)相同的途徑干擾變頻器的正常工作。

當(dāng)變頻器的輸入電路或輸出電路與其他設(shè)備的電路距離很近時(shí)，變頻器的高次諧波信號(hào)將通過(guò)感應(yīng)(電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、空中輻射)的方式耦合到其他設(shè)備中去。

通過(guò)對(duì)開(kāi)停變頻器的試驗(yàn)，確認(rèn)了DCS通信干擾從無(wú)到有的過(guò)程，從干擾性質(zhì)類(lèi)型來(lái)看，變頻器和DCS空間直線(xiàn)距離只有50m左右，雖然DCS取電來(lái)自于不間斷UPS電源，和變頻器的取電不在同一個(gè)電源上，但干擾主要為感應(yīng)耦合途徑方式。

5采取措施

為加強(qiáng)DCS抗干擾能力，防止類(lèi)似干擾再次發(fā)生，采取以下改進(jìn)措施：

1) 檢查電磁場(chǎng)干擾。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)建議執(zhí)行。

2) 接地竄入。接地母排進(jìn)行分層及分類(lèi)，與電氣接地分開(kāi)。

3) 現(xiàn)場(chǎng)盤(pán)柜及線(xiàn)路的改造。

a) 觀(guān)察風(fēng)機(jī)是否一直都在工頻運(yùn)行，若是，建議可取消變頻器，直接去除干擾源。

b) 若變頻器還需使用，將變頻器進(jìn)出電源線(xiàn)加裝濾波器、瓷環(huán)或加屏蔽裝置，濾除本身產(chǎn)生的干擾。

c) 接地線(xiàn)不要接在靠近變頻器的柜子內(nèi)，考慮接在外面，遠(yuǎn)離變頻器。

d) 信號(hào)線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)要垂直交叉或分槽布線(xiàn)。

e) 不要采用不同金屬的導(dǎo)線(xiàn)相互連接。

f) 屏蔽管(層)應(yīng)可靠接地，并保證整個(gè)長(zhǎng)度上連續(xù)可靠接地。

g) 屏蔽層接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離變頻器，并與變頻器接地點(diǎn)分開(kāi)。

h) 一般情況下，對(duì)被干擾設(shè)備儀器，均可采取屏蔽及其他抗干擾措施。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，由于DCS和變頻器柜安裝使用已有2年，中間電纜線(xiàn)路走向已固定，無(wú)法重新布線(xiàn)調(diào)整，信號(hào)電路使用的是雙絞線(xiàn)屏蔽電纜，屏蔽管(層)接地、接地點(diǎn)遠(yuǎn)離變頻器并與之分開(kāi)及加屏蔽抗干擾措施容易做到，但更重要的是，此抽風(fēng)

電機(jī)屬間斷使用，且一旦投用一直運(yùn)行在工頻，引入變頻器沒(méi)有太大意義。為徹底斷絕干擾對(duì)DCS的沖擊，將變頻器暫停不用，使電機(jī)處在工頻運(yùn)行，此后DCS沒(méi)有再出現(xiàn)此類(lèi)現(xiàn)象。

6結(jié)束語(yǔ)

DCS是現(xiàn)代化工業(yè)監(jiān)控的重要組成部分，決定著整個(gè)生產(chǎn)的穩(wěn)定與運(yùn)行，一旦出現(xiàn)故障，輕則造成工藝波動(dòng)影響產(chǎn)品質(zhì)量，重則全線(xiàn)停產(chǎn)，因而需保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，不受外界干擾，平常要觀(guān)察運(yùn)行狀況，總結(jié)各種問(wèn)題處理方法及經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)任何異常要及時(shí)徹底處理，保障生產(chǎn)的正常進(jìn)行。