浅谈DCS控制系统应用与维护

浅谈DCS控制系统应用与维护摘要：DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。本文以横河CENTUMCS3000在我厂的应用为例简要介绍了CS3000的组态应用和维护。关键词：系统；监控；组态；故障处理1.前言横河CENTUMCS3000控制系统是横河公司1997年推出的生产综合型控制系统，适合于大中型规模的生产控制对象，以其功能丰富、操作简单、运行安全、经济适用等优点得到较广泛的应用。2.系统结构横河CENTUMCS3000主要由以下几部分元件组成：HumanInterfaceStation（HIS）操作站、FieldControlStation（FCS）现场控制器、EngineeringStation（EWS）工程师站、ExtendedSerialBackboardBus（ESB）ESB总线、EnhencedRemoteBus（ER）ER总线、Vnet/IP控制总线等。2.1硬件2.1.1控制单元CS3000的控制单元采用了独特的4CPU冗余容错技术，即互为冗余的两个CPU模块，每个模块内都有一对CPU，这一对CPU各自独立运算，当在用侧的CPU模块内的两个CPU运算结果出现不一致时，会自动切换成备用，备用侧的CPU模块自动切换到在用。2.1.2电源单元控制站内的电源单元上都有一块内部数据保存电池，电池上开关拨到ON位置时，电池起到控制器断电时保存内部数据的作用，断电后可保存数据72小时，供电恢复后或新电池应至少保证充电48小时才可充满；电池上开关拨到OFF时，电池不起作用。该电池建议每3年更换一次。CS3000控制单元、电源单元简图如下：2.1.3卡件CS3000提供多种组合、多种配置的卡件满足用户的需要，并可实现多种信号的冗余配置，如：AI,AO,DI,DO,RTD。2.1.4网络CS3000控制单元上的耦合器连接网络BUS1和BUS2的同轴电缆（粗缆），粗缆再转换成细缆后用T-型头一端与操作站上的网卡VF701或VF702相连，另一端与下一个T-型头相连。这里尤为重要的是T-型头的两侧在装置正常运行时是不能打开的，若将其打开则会造成该BUS网络整体断开，控制网络单网运行；而有时VF701或VF702网卡的故障也会造成该条控制网络的断开。在横河最新控制系统CENTUMVP中不再使用T-型头，供电单元RIOBUS接口卡/ESBBUS接口卡CPU卡Vnet连接单元电源单元电源单元RIOBUS接口单元/ESBBUS接口单元电源分配板外部接口单元供电端子风扇单元而是使用AVR10D双重化Vnet路由器和RJ45连接器。VF701或VF702网卡除了要在网上邻居YokogawaVnet/VLnetAdapter网卡属性中设置IP地址外，还要将网卡上的拨码开关拨到相对应的地址。拨码开关有两个，一个设置域号，一个设置站号，需要注意的是拨码开关的第一位为奇偶校验位，要保证8位拨码开关中1的个数为奇数。2.2软件2.2.1监控软件CS3000实时监控中上方菜单栏和工具盒将所有调出、调整、设置等相关功能方便快捷的展现在画面中，以下对几个功能做简要介绍：①过程报警窗口：过程报警窗口中最新的过程报警显示在第一行，并且显示报警发生的时间、类别报警的工位、工位注释、报警状态等信息，双击某一条信息，可调出相应的仪表面板，使操作人员紧急处理，在二级窗口中，可以选择报警的控制站、甚至其中一个工位，操作人员可以确认报警，并且消声。常见的故障报警有，HH（HI）：高高限（高限）报警；LL（LO）：低低限（低限）报警；VEL+/-：正/负变化率报警；DV+/-:正/负偏差报警；ANS+:当MV=2时，PV≠2；ANS-:当MV=0时，PV≠0；OOP：输出开路；IOP-:输入回路断线；IOP：输入超过信号范围（无论输入信号是正向超出信号范围还是负向超出信号范围）。②调整窗口：调整窗口是每一个仪表工位标准配备的，根据仪表类型的不同，显示的参数内容不同。标准参数有：当前的数据值（测量值、设定值、输出值）、当前的回路状态（手动、自动、串级）、报警的限定值、进入窗口时开始记录的实时趋势（关闭窗口后停止），如果是调节器，还有PID参数等。“:”状态表示当前安全级别下，数据不能修改，“=”状态表示当前安全级别下，数据能修改。在此窗口中还有几个特殊功能的按钮，报警旁路按钮：屏蔽该仪表的所有报警；校验状态按钮：在校验状态下，仪表的输入值不是来自现场的实际值，而是人为给定的，这样可以测试在各种数值下程序的动作；挂牌按钮：为仪表加操作标记，如“禁止操作”、“仪表故障”等。③历史报告书：系统的所有信息全部都记录在历史报告书中，系统的操作、信息的修改、过程报警、系统报警、仪表回路状态的切换、仪表数据的改变及发生的时间等，并且赋以强大查找功能，可以选择文件搜索、按时间搜索、按信息搜索、按发生源搜索、按用户搜索等等。使用历史报告书，可以清楚的观察到系统及工艺过程在过去的时间里所发生的任何事件，发生事件的时间、用户，方便故障原因的查找与分析。④保存窗口、恢复窗口：在操作画面时，可以根据操作工的个人习惯将部分仪表面板调出，放到画面中合适的位置，按下“保存窗口”按键，此窗口布置会被保存下来，只要回到该画面，就会按被保存下的布置打开；按下“恢复窗口”按键时，画面恢复原始状态。保存窗口只针对被操作的一台操作站，不会将设置应用到所有操作站。⑤系统状态：点击此按键会进入系统状态总貌画面，可以看到所有控制站和操作站的状态，以及“系统报警”、“操作站设置”、“系统时钟”等功能按钮。在“操作站设置”中，Equalize（等值化设置）项内的ReferencedDatabase（参照数据来源）一定要设置成工程师站的站号，否侧组态信息将无法下载到本操作站。“系统时钟”的设定必须在工程师ENG权限下才能进行，相连的操作站只要有一个调整了时钟，其他所有操作站均会随之同步。系统状态总貌画面中双击控制站，显示控制站状态显示画面，上面显示有控制站型号、软件版本号、生成日期、CPU空余时间、当前运行及备用CPU状态、各卡件箱的卡件布置情况等。红色为不正常、黄色为备用侧、绿色为在用侧、蓝色为硬件准备中、青色为维修侧。CPUIdleTime（CPU空余时间）表示CPU的负荷值，零负荷的CPU一般为55sec左右，时间越小表示CPU的负荷越大，当时间在10sec左右时表示CPU的负荷已经很高，需要对CPU等部件进行检查负荷高的原因。在控制站状态显示画面上有两个按钮：激活FCS，停止FCS。在工程师权限下是可以点击这两个按钮来启动/停止控制站的，因此要求仪表日常巡检人员在巡检DCS过程中需注意这两个按钮，并且要求巡检完DCS后不允许停留在控制站状态显示画面，以免显示器在关闭的情况下误操作。控制站显示画面中可以看到所有NODE的状态，通讯和电源是否正常，内部卡件是否有故障的。点击一个NODE打开，将看到该NODE内所有卡件的状态，正常、备用、故障等。2.2.2组态软件从开始\程序\YOKOGAWACENTUM\SystemView便可打开组态软件，一个工程项目目录中包括系统公用项、各控制站组态和各操作站组态，下面便依次做简要介绍。2.2.2.1系统公用项在系统公用项中用户经常用到的有：OpeMarkDef操作标记，用户可以自定义操作标记的文字描述、颜色和权限指定，在仪表调整画面的“挂牌”中可以进行看到用户自定义的标记。InstLabel开关位置标签，此项可以为开关仪表的按钮加标签，如开/停/关，投入/摘除等，在此项内添加后在开关量模块组态时“开关位置标签”内便可看到，若模块组态时发现标签内没有自己需要的那项，可以直接在开关量模块内的标签里写入自己需要的一项，下装后系统公用项的InstLabel内便会自动添加上用户在模块内写入的那一项。EngUnit工程单位符号，如果用户需要的特殊单位没有的话可以在此项里添加。2.2.2.2控制站组态控制站组态包括控制站设置项、卡件组态、内部开关量定义、信息定义、功能块图等。1.CONFIGURATION设置项\StnDef（FCSConstants）打开后有两部分菜单：①Definitions：Startcondition启动条件定义当系统从停电状态到通电时FCS的执行动作。选项有MAN（初始冷启动）：将复位所有的FCS内部功能，即将所有功能块置“手动”。AUT（重启系统）：功能块将继续停电之前的状态和方式。TIME(瞬间停电检测)：如果停电时间大于指定的时间，那么FCS就返回“MAN”状态，这个指定的时间在瞬间电源故障容错时间MomentaryPowerFailureTolerantTime[sec]进行设定。②ScanTransmission（扫描传送）：有时我们需要在两个或几个控制站之间互相调用全局开关，那么就会用到此项。首先需要在互相传送的两个站开辟缓冲区，SelfStation\BufferSize中设定缓冲区大小，然后在StationScanTransmission下选择Sation\1：InternalStationScanTransmission，再在需要内部传输的控制站后选择缓冲区的大小。设定好此项后在功能块图中便可在设定的两个或几个站内相互调用全局开关。2.卡件组态①卡件内部通道项：Terminal（端子号），代表了节点号、插槽号和端子号，在功能块图中组态地址连接时用到，如：%Z011101。若不习惯这种表示方式，也可以在Label内给该点命名一个位号，以%%开始，如：%%PI-501，在功能块图中地址连接时可直接写%%PI-501。②AI卡内部Tolls\SetDetails\IOPdetectionlevel可以设置该通道在超出信号范围多少时显示IOP，系统默认为超上限106.3%，超下限-6.3%时显示IOP。3.内部开关的定义/全局开关的定义①内部开关定义后只能在本站使用，第1-400个为系统占用，401-4000为用户使用，如：%SW0401。内部开关可以当开关仪表使用，参与逻辑运算，也可作为顺控的过渡信号。②全局开关可以在本站使用，也可在各控制站件相互调用，用于各控制站间开关量的传递，但需如上1-②ScanTransmission（扫描传送）中进行设置后方可。本站使用时书写格式为：%GSnnn，跨站使用时书写格式为：%GSnnnmm，nnn为全局开关编号，mm为站号。4.信息定义可以自定义报警信息提示，操作指导信息提示，信号事件等，通过顺控表来实现。5.功能块图FUNCTION_BLOCK在流程图画面中用户点击打开的所有仪表无论是纯显示还是带控制的等等均要在功能块图中做相应的功能块，而流程图中引用的为好均为功能块的位号，而非卡件中定义的通道位号。下面就简要介绍几种常用的模块和功能。①输入显示模块PVI：现场参数的读取和显示，也可以作为调整功能模块的PV输入，在模块的详细定义中可以定义参数的范围、位号、是否累积、单位、报警值等。②调节模块PID：常用的单回路控制模块，两个PID模块可搭建一个串级控制回路。③手操器MLD；带输出切换开关的手操器MLD-SW：MLD-SW从MAN切换到AUT时，可以使输出信号由手操器输出切换到从其他内部仪表输入过来的信号值，常用于各种复杂控制回路的输出链路中。④温压补偿模块TPCFL:使用时应注意流量对该模块引脚为“IN”，温度对该模块引脚为“Q01”，压力对该模块引脚为“Q02”，输出引脚为“CPV”。模块的Edit中“Basic”项中“CorrectiveComputation”项默认为1（温度补偿），若实际为温压补偿需选3；“ControlCalculation”项中压力单位和温度单位需要选择与压力温度的PVI模块相同的单位。在模块