控制系统可靠性及应急处理研究
化工自动控制系统存在问题及对策分析
化工自动控制系统存在问题及对策分析随着科技的不断发展，化工自动控制系统在生产过程中扮演着越来越重要的角色。
自动控制系统能够对化工生产过程进行精确、高效的监测和控制，提高生产效率，减少人为操作带来的风险，为企业带来更多的经济利益。
随着自动控制系统的不断发展和应用，也不可避免地出现了一些问题。
本文将对化工自动控制系统存在的问题进行分析，并提出一些解决方案。
一、存在的问题1. 系统稳定性不足化工生产过程的控制比较复杂，受到外部环境变化、设备故障等因素的影响较大。
在这种情况下，要求自动控制系统具有较高的稳定性，能够在各种复杂环境下保持系统的正常运行。
在实际生产中，由于系统设计不合理、参数调整不当等原因，导致系统稳定性不足，出现频繁的故障和失控现象。
2. 控制精度不够化工生产过程对控制精度要求较高，而在实际生产中，由于传感器的精度、控制器的调节能力等方面的限制，导致控制精度不够，不能满足生产需求，甚至影响到产品质量。
3. 设备故障频发化工生产中使用的设备往往需要长时间连续工作，容易出现磨损、老化等情况，导致设备故障频发。
而自动控制系统往往对设备状态进行监测和控制，一旦设备出现故障，就会直接影响到生产过程的正常进行，甚至引发安全事故。
4. 人机界面不友好自动控制系统的人机界面直接关系到操作人员对系统的掌控能力。
一些自动控制系统的人机界面设计不够友好，操作复杂、信息不明确、反应速度慢等问题，使操作人员难以准确地掌握系统运行状态。
二、问题对策1. 加强系统设计与参数调节为了提高自动控制系统的稳定性和控制精度，首先应加强对系统的设计和参数调节工作。
对于复杂的化工生产过程，需要进行充分的模拟和试验，确定系统的最佳控制结构和参数配置，从而保证系统在各种不稳定的环境下仍能够保持稳定运行。
2. 完善故障诊断与预防机制对于设备故障频发的问题，可以通过完善故障诊断与预防机制来解决。
利用先进的传感技术对设备状态进行实时监测，建立设备健康数据库，根据设备运行状态预测设备的寿命和故障可能，采取相应的预防措施，提高设备的可靠性和稳定性。
DCS控制系统故障的应急处理及预防
DCS控制系统故障的应急处理及预防DCS（分散控制系统）是工业自动化控制系统中的一种重要类型，它能够实现对生产过程的监控和控制，并且能够实现远程操作。
即使是高度自动化的系统也难免出现故障，所以需要有应急处理和预防措施来保证系统的稳定运行。
本文将就DCS控制系统故障的应急处理和预防措施进行详细介绍。
1. 及时报警：当DCS系统出现故障时，系统应当能够及时地发出警报，通知操作人员进行处理。
这需要系统设置良好的报警机制，包括声音、灯光、短信等多种形式的报警方式。
2. 制定应急预案：针对不同类型的故障，制定相应的应急预案，并确保所有操作人员熟悉这些预案。
应急预案应包括故障排查、紧急处置和恢复措施等内容。
3. 快速定位故障：一旦发生故障，需要快速定位故障的具体位置和原因，可以通过DCS系统自带的监测和诊断功能来实现。
有些故障可能是由于传感器或执行器损坏引起的，需要及时更换。
4. 制定临时控制方案：对于某些故障，可能需要暂时放弃自动控制，改为手动控制。
在制定临时控制方案时，需要考虑到人工控制的安全和稳定性。
5. 备件更换和维修：对于一些常见的故障，可以提前准备好备件，并且培训相关人员进行更换和维修操作，以提高故障处理的效率。
6. 数据备份和恢复：DCS系统中的数据非常重要，需要定期进行备份，并且建立恢复机制，一旦系统发生故障，能够迅速恢复正常。
1. 定期维护和检查：对DCS系统的硬件设备和软件进行定期维护和检查，及时发现并解决潜在的故障隐患。
2. 完善的保护措施：对DCS系统进行严格的保护，包括防火墙、病毒防护、访问控制等措施，防止系统受到外部攻击。
3. 人员培训和安全意识：对操作人员进行系统的培训，提高其对DCS系统的操作技能和安全意识，减少人为操作导致的故障。
4. 数据管理和优化：对DCS系统中的数据进行合理管理和优化，避免数据过载和灾难性的错误操作。
5. 更新升级：DCS系统的软件和硬件需要进行定期的更新和升级，以获得最新的功能和安全补丁，提高系统的稳定性和安全性。
DCS 控制系统故障的应急处理及预防探讨
学术论坛453DCS 控制系统故障的应急处理及预防探讨任翠宏，吴明生，丁 波(甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃 白银 730900)摘要：DCS 控制系统在我国化工、石油、电力等行业中应用广泛，本文针对DCS 系统现实应用中存在的突出问题，深入探讨了不同故障类型的应急处置预案和预防措施，对于指导该系统高效平稳运行具有重要意义。
关键词：DCS 控制系统；故障应急处理；预防措施DCS 控制系统在化工领域的应用近年来发展迅猛，其自动化程度也逐年提升。
同时也应看到，该系统在运行过程中发生的各类故障，严重影响了其平稳运行，为此需进行相应的故障应急处置和预防机制的探讨，提升DCS 控制系统的运行效率。
相关工作人员应在日常系统维护和使用过程中积极探索、深入分析，通过科学手段切实降低DCS 控制系统故障发生率。
1 DCS 控制系统故障的应急处理分析 1.1 操作员站故障应急处置分析 首先是部分操作员站故障，表现为显示器黑屏，或者不能正常显示系统运行状况，其他的操作员站仍能对该系统进行有效的监控，应马上通知系统工程师进行处置。
如其他操作员站已不能完成系统的整体监控，应要求系统工程师进行现场操作并完成监控，避免重大操作。
如果控制系统内的全部操作员站都发生故障，此情况下电源仍能正常工作，则应对所有设备进行紧急热启动。
如电源已不能完成供电，则应要求工程师配合工艺人员进行紧急情况下系统的监控。
1.2 通讯网络故障应急处置分析 通讯网络的故障分为以下几种类型。
（1）DCS（集中控制）系统数据丢失导致通讯网络故障，如数据刷新已非常困难，应尽快完成故障报备并进行数据的备份处理。
（2）SCS（顺序控制）系统如出现网络通讯故障，则应首先通知相关人员进行现场处理，在维护人员未到场过程中，应做好基础稳定性控制工作，一旦出现问题，立即停止系统运转。
（3）MSC（存储设备）系统通讯网络故障，应第一时间通知事故责任人并进行故障记录。
集散控制系统_DCS_在生产应用中的可靠性评估与建议
作者简介：陈再良，高级工程师，１９７６年７月毕业于中南工大自动化系电子技术专业，现任中石化长岭分公司计算机所安全主管。
摘要介绍了集散控制系统（ＤＣＳ）可靠性评估，并结合长岭分公司应用的实际，提出了目前ＤＣＳ在应用于生产控制过程中存在的问题及解决办法。
关键词ＤＣＳ可靠性分析风险随着科学技术的高速发展，炼油化工自动化水平日益提高，应用于生产过程的集散控制系统（ＤＣＳ）已成为企业生产的重要硬件设施，在生产中起着越来越重要的作用。
ＤＣＳ的运行状况直接影响着企业的安全生产和经济效益，一套生产装置的集散控制系统就好比一个人的大脑，指挥着整个生产装置的运行，因此其系统的可靠性非常重要。
为确保生产过程中的人身安全、设备安全、产品质量安全以及环境不受污染，应对生产过程中的ＤＣＳ系统进行可靠性评估，应对用中存在的问题进行分析，制定消除或减小风险的措施。
１ＤＣＳ的可靠性评估１．１工业生产过程对ＤＣＳ的可靠性要求国际上可靠性工程的研究始于２０世纪５０年代。
从早期的生产过程控制系统可以看出，一个系统如果只有功能指标，而没有安全可靠性指标，它最多只能用于试验。
从石化系统在２０世纪７０年代末８０年代初投用的一些专用集中控制系统来看，都是采取常规仪表与控制系统并行运行，根本不敢把控制系统单独用于生产控制，这是因为这些系统的安全性、可靠性没有保证。
目前，在石化系统ＤＣＳ已基本取代了专用控制系统和常规仪表而单独应用于工业生产过程。
就中石化长岭分公司来说，用于生产自动控制的ＤＣＳ系统已遍及全厂。
这些生产过程都具有如下共同的特点：一是由于生产过程的复杂程度和自动化程度都很高，操作人员对自控系统的依赖性越来越大；二是生产过程的危险性很大，如果系统发生故障，不但会破坏被控设备，使瞬间停产造成的直接经济损失远远超过控制系统本身价值，而且会危及生产人员安全，甚至会造成工厂毁灭性的灾难。
因此，大规模的工业生产过程控制对ＤＣＳ在安全性能上提出了严格要求：ａ）ＤＣＳ系统必须保证能长周期连续地无故障运行，也就是说，装置生产期间，系统的运行率要达到１００％。
浅谈电厂热控系统运行可靠性的研究
浅谈电厂热控系统运行可靠性的研究浅谈电厂热控系统运行可靠性的研究摘要：电厂热控保护装置的检修和维护是一个系统工程，不仅涉及到热控保护系统的设计和安全调控，还牵涉到热控的测量、控制设备与逻辑的可靠性以及信号取样，此外检修和维护人员的素质高低也起着很大的作用。
在我国现阶段，电厂热控保护装置的检修和维护在很多方面还需要继续深入开展研究，以便能更好地为我国电力生产企业的安全运行做出更大的贡献。
关键词：保护装置；检修；维护；对策中图分类号：TM403文献标识码： A一、当前我国电厂热控保护系统及其运行环境面临的主要问题随着社会的发展，技术的进步，热控保护系统的监控功能也在持续增强，其监控范围也在不断扩大，这无形之中也增大了出现故障的离散性。
引起热控保护系统出现故障的因素很多，既有外部因素（如测量和执行设备、电缆、控制逻辑以及热控设备和电源等），还有内部因素（如检修人员的业务水平以及他们对设备的安装、调试和维护方法等等），这些因素当中，只要其中的一个出现问题，都不可避免地促使热控保护系统出现误动或者拒动，甚至会引起机组跳闸，这样就使得整个电厂的机组无法正常运行。
所以从设计、基建安装再到运行等环节来加强热控保护系统的检修和维护，对于保障热控保护系统的安全运行具有极其重要的意义。
由于在设计或者管理等等方面还存在一些问题，也会导致热控保护系统出现误动或拒动。
引发热控系统出现误动或拒动的主要因素及原因见表1。
表1 引发热控系统出现误动或拒动的主要因素及原因当前我国很多电厂的热控保护设备，其管理方式还比较落后，还是以传统的管理模式为主，例如定期校验和定期检修等。
在检修设备时，没有根据具体的运行状况采取相应的检修措施。
这种传统的管理模式，在人力、财力等方面带来了很大的损失，此外由于检修方式千篇一律，还有可能促使设备出现异常现象的几率大大上升。
例如仪表合格率已经高达98%以上，但是这些仪表通常还要全部进行检修，这无形之中就浪费了很多的人力和物力。
热控系统可靠性配置与事故预控-[自动保存的]分解
![热控系统可靠性配置与事故预控-[自动保存的]分解](https://img.taocdn.com/s3/m/7e9b9e6cc77da26924c5b035.png)
控制系统故障应急理预案
1、控制系统故障应急处理预案主要包括： 1）全厂或机组厂用电消失时的事故处理与恢复。 2）全厂直流电源消失时的事故处理与恢复。 3）全部操作员站显示器“黑屏”或“死机”，分DCS停机、 停炉指令已发出和未发出两种事件的处理与恢复。 4)一条网络或网络设备发生故障时的事件处理与恢复。 5）MFT、ETS和GTS跳闸继电器回路失电而机组没有跳闸时的 事件处理与恢复。 6）一对冗余的DEH控制器发生故障，停机指令发出及未发出 两种事件的处理与恢复。 2、编制控制系统故障应急处理预案时，应辨识可能大声的 重大事故风险，根据故障可能造成的后果，将危险源进行分 级处理。
TSI装置运行维护
1、汽轮机高、中、低压胀差为单点信号保护的，为防止干 扰信号误动，可设置10s~20s延时。 2、TSI系统的涡流探头、延长电缆和前置器，须成套校验并 随机组大修进行，但瓦振探头的校验周期不宜超过两年。 3、超速保护信号，应采用三路全程独立的转速信号进行三 取二逻辑判断。 4、运行时对振动信号应定期检查历史曲线，若有信号跳跃 现象，应引起高度重视，及时检查传感器的各相应接头是否 松动或接触不良，电缆绝缘层是否有破损或接地。 5、联锁试验时，对每个轴承保护进行一一确认（对既有硬 逻辑又有软逻辑的保护系统，联锁试验单上应特别注明，并 分别进行试验）。
取样装置和管路
1、炉膛压力不允许集中取样，其3个正压和3个负压取样点 应分别置于锅炉前墙、左墙及右墙，
2、汽轮机润滑油压测点须选择在油管路末端压力较低处， 禁止选择在注油器出口处，以仿真机末端压力低，而取样 点处压力仍未达到保护动作值而造成保护拒动的事故发生。
DCS控制系统故障的应急处理及预防
DCS控制系统故障的应急处理及预防DCS（分布式控制系统）是现代工业生产自动化的一种主要控制方式，它具有开放性、可扩展性、高性能、高可靠性等优点，广泛应用于化工、石化、钢铁、电力等重要行业。
但是由于各种原因，DCS控制系统故障难免发生，一旦出现故障将会带来严重的经济损失和安全隐患，因此在日常运行中需要对DCS故障进行应急处理和预防。
1.硬件故障：硬件组件损坏、接口松动等故障。
如果发现硬件故障，需要尽快停机维修，避免故障扩大导致更大的损失。
2.软件故障：系统崩溃、网络故障、数据库损坏等问题。
在发现DCS软件故障时，首先应该查看报错信息，尝试重启系统，尽快恢复正常运行。
如果重启无效，需要及时通知专业技术人员进行故障诊断和处理。
3.操作失误：人为错误是DCS故障的主要原因之一，比如误操作、误删数据等。
应急处理方法是尽快采取措施，及时备份数据和应用程序，以保证系统能够尽快恢复正常。
4.通讯故障：DCS系统的多个设备之间需要进行通讯，通讯故障导致的数据传输中断或错误，将会造成系统不能正常运行。
遇到通讯故障时，应该检查通讯线路和信号强度，尽快找出故障，并修复通讯设备。
5.安全故障：DCS系统是重要的生产自动化控制平台，如果系统存在安全漏洞，就会面临数据泄漏、系统瘫痪等风险。
应急处理方法是对系统进行合适的安全策略和技术措施，对系统进行加固和升级。
二、预防DCS故障的措施1.系统设计方面，应该注重安全和可靠性，并在系统维护中进行及时升级和更新，确保系统具有良好的性能和稳定性。
2.加强操作人员的培训和管理，提高其操作技能和安全意识，保证系统操作规范顺畅。
3.对系统进行定期维护和检测，排查潜在的故障点，并及时解决。
同时记录系统工作数据和事件日志，有助于快速定位和解决故障。
4.对系统进行实时监控和报警处理，及时发现问题并及时采取措施解决，最大程度地保证生产过程的安全和顺畅。
5.对系统进行备份和恢复措施，保障系统数据的完整性和可用性，确保故障发生时，能够尽快恢复到正常状态。
分散控制系统典型故障应急处理预案导则编制研究总
本次与湖南电科院、湘潭电厂、ABB研究合作编写预案 的过程试验中，发现控制系统中存在的一些问题，在此作一交 流，供同行编写预案时参考。
1）
▲ MCS的PCU柜及DCS失电时，有的机组空预器会
失 停运，预案中应提示运行人员及时干预以防止设备的损坏
电
▲DCS失电时，炉将MFT并跳闸一次风机，送、引
后 风机不会跳闸，其动叶、静叶或变频器将维持故障前开度
控
制
▲ SCS的#16 PCU柜失电、#3、4控制器均故障
器 时，过热器一、二级减温水气动闭锁阀将自动关闭，
均 可能导致过热汽温严重超温，预案中应提出必要时就
故 地手动干预。
障
▲ FSSS系统#10PCU柜#3、4控制器全部故障时
时 ，锅炉主保护将拒动，对控制器进行故障复位操作或
注 意 事 项
重新下载组态将导致MFT（组态中相关功能块初始值 定义所致），必要时通过手动MFT按钮打闸锅炉。
事
▲ 出现I级故障导致机组跳闸后，为保障设备安全，很
项 多设备需要启停，但是集控室可能已经无法监控，需要运
行人员到就地操作或者需要热控人员短接输出端子，一些
端子有强电，应在相应现场处置方案中提醒热工、运行人
员注意；防止触电。
▲ 一对冗余控制器均故障如重启后没有造成后
果，热控人员要提醒运行人员该控制器所辖设备的
1） 说是个黑洞，热工人员掌握也不全面。因此在编写每对控
I ／
制 器 及 PCU柜的故障应急处理预案中，均应列出主模件及 PCU柜的主要控制设备及重要I/O点（包括重要通讯点） 。
O 通过培训学习，让运行和检修人员了解故障部件关联的设
点 备，便于快捷查找故障、防止分析处理时出现漏洞。
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运行
电流
N
/L
2/3
停止状态
10
双模拟量信号保护判断逻辑
11
辅助判断
辅助判断的主要作用防止保护误动，但不能增加 保护拒动的概率。 辅助条件与主保护条件存在着必然的联系，而且 主保护条件满足，辅助判断条件必然存在。如辅 助判断定值应低于跳闸值，一般为报警值。 辅助条件应多个，任一满足时，主保护条件满足， 保护动作。 辅助判断条件在故障时，应退出保护判断，不影 响主保护动作。
C1 全部故障 （包括电源失去） C2 C3 单侧故障 C4 D1 D2 E 控制器故障
一级
二级 二级 三级 一级 二级 二级
电力行业热工自动化技术委员会
响应流程
故障报警
运行值班接警
达到保护动作值
紧急停机判断
确认设备正常
未到保护动作值
值长接警
报警消除
一级 二级 三级
停机判断，或转为二级
一级故障
故障分级判断
故障描述 DCS系统电源全部失去 DCS系统电源单路失去
故障级别 一级 二级 一级
A2 电源故障 A3 A 类控制系统（除 DCS 系统）电 源失去
全部失去（见控制器故障）
A4
B1 网络故障 B2
任一电源失去冗余
二级
一级 二级
DCS网络全部瘫痪（包括数据通讯服务器全部故障） A类控制系统任一网络失去冗余（包括数据通讯服务器单个故障） 锅炉 / 汽机主保护控制器、 DEH 基本控制器全部 故障，或A类控制系统任一对冗余控制器全部故 障且涉及安全的参数无必要后备监视手段 除一级外，A类控制系统控制器全部故障但有必 要的后备监视手段 A类控制系统（FSSS、ETS 、DEH基本等）控制 器失去冗余 非A类控制系统控制器失去冗余 操作员站全部失去监控 操作员站故障 部分操作员站失去监控 I/O模件故障 A类I/O模件故障
二级故障
三级故障
处理评估，可转为一级
启 动 一 级 应 急 预 案
启 动 二 级 应 急 预 案 通 知 相 关 人 员
否
通 知 相 关 人 员 到 场
日常维护程序
确定是否停机？
6
DCS通信系统须冗余设置
I/O布置的可靠性要求
任一信号的测量原件、I/O模件通道故障不能造 成保护误动和拒动。 主辅机保护信号，应按三重化冗余原则配置， MFT、ETS、单列布置辅机应三重化。 三重化冗余输入要求同一物理参数应采用三个相 互独立的一次测量元件测量，并由三根不同的电 缆接入三块不同的输入处理模件。 三重化冗余保护输出要求动作指令由三块不同的 输出处理模件及其继电器等构成一种三选二回路。
DCS控制器须可靠冗余
硬件故障、软件出错、通信故障及失去电 源等，仍能正常承担控制任务。 能可靠在线组态。 Ⅰ类故障控制器最少。只有MFT、ETS！
双列布置辅机或设备分配在二对控制器中。
单列布置辅机分配在同一控制器中。
同一工艺分配在同一控制器中，如制粉系 统。
5
冗余通信设备应物理上分离。 除一对互为冗余通信设备同时故障外，控 制系统的通信应能正常运行。 对于多对通信设备（如交换机），任一对 通信设备都故障，对机组影响最小。 操作员站应分散布置在不同的交换机上 相关性强的控制器布置在同一对交换机上。 对机组监视影响最小。
7
保护逻辑的可靠设计(民主表决)
信号故障处理(正确的证据) 三重化判断逻辑 相关信号构成三重化判断逻辑 辅助(智能)判断
8
控制逻辑的可靠性要求
通过冗余判断、辅助判断、智能判断等容错逻辑 设计技术提高保护、联锁功能的可靠性，确保控 制系统局部单一故障，不会造成保护拒动和误动。 信号故障处理。在出现“坏质量”或“变化率超 限”，防止保护误动。及时报警。
电力行业热工自动化技术委员会
故障分级
按故障后果分级
一级 跳机，或可能导致人身伤害、重要设备损坏
6类：电源全失；操作站全失；网络全瘫痪； FSSS全失；ETS全失；DEH全失； 二级 三级 处理不当会转为一级 暂不影响机组安全
分散控制系统设备重大故障源分级
电力行业热工自动化技术委员会
序号 A1
故障类型 DCS系统电源失去
主保护条件 辅助条件1 辅助条件2
. . .
A N D
跳闸条件
OR
12
辅助条件n
应急处理
分散控制系统（DCS）在运行中的故障，如电源失电、 操作员站“黑屏”或“死机”、冗余控制器切换异常、 通讯中断以及模件损坏等，如果处理不当会导致故障 扩大，造成机组跳闸甚至主设备损坏事故。为建立分 散控制系统故障应急处理和长效管理机制，确保故障 发生时能够迅速、准确地组织故障处理，最大限度地 降低故障造成的影响
提高热控系统可靠性
1
控制系统的可靠性要求
故障安全。任一控制系统的部件故障，机 组仍能安全运行。
影响最小。任一控制系统的部件故障，对 机组运行影响最小。 容错最大。控制系统保证机组安全运行允 许的故障程度最大。
及时处理。及时的维护和应急处理，保证 机组安全可靠运行。
2
控制系统可靠(容错)配置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三重化判断逻辑
三重化开关量判断逻辑 三重化模拟量判断逻辑
跳闸信号1 跳闸信号2
H/L H/L H/L 2/3
跳闸信号1 跳闸信号2
跳闸信号3
2/3
跳闸条件
跳闸信号1 跳闸条件 跳闸信号2
跳闸信号3
跳闸信号3
中 选
H/L
跳闸条件
跨控制器的三重化判断逻辑
跳闸信号1 跳闸信号2
H/L H/L H/L
DO1 DO2 DO3
DI1
DI2 DI3 AO1 AI1 AI2 AI3
2/3
跳闸信号1
跳闸条件 跳闸信号2 跳闸信号3
DO1
H/L
DI1 DI2 DI3
2/3
跳闸信号3
中 选
H/L
DO2 DO3
跳闸条件
跳闸信号1 跳闸信号2 跳闸信号3
中 选
AO2 AO3
中 选
跳闸条件
相关信号构成三重化判断逻辑
电源冗余→容错配置 通信冗余→容错配置 控制器故障对机组影响最小 “三重化”输入/输出配置
3
DCS电源须冗余配置
DCS供电电源、电源装置冗余配置。任一 电源或电源装置故障时，也应能保证供电。
二路电源物理上应分离。杜绝局部故障、 维护不当、小动物进入等造成二路供电同时 失去的情况。
通信设备和操作员站通过切换装置实现供 电冗余。应分组采用不同的主电源，即使切 换装置故障，在某路供电电源失去时，仍能 4 保证部分操作员站和通信正常运行。