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DCS自動控制系統離線原因分析及對策

時間:2014.09.05        閱讀量:1021
  DCS自動控制系統,又名集中分散式控制系統,主要由硬件及軟件兩大部分組成。撫寧分公司采用和利時DCS系統是雙總線星形網絡拓撲結構,FM系列硬件系統體系結構主要由主控制器、分布式I/O模塊、電源模塊、通訊網絡及操作員站、服務器站、工程師站等組成。軟件采用和利時開發的MACSV5.2.3組態系統,可由工程師站進行離線配置,實現在線無擾下裝及初始化下裝。系統網絡要求必須非常可靠,無論在任何情況下,網絡通信都不能中斷。自20126DCS系統在撫寧分公司投入運行以來,發生了數次網絡中斷、操作員站顯示離線、數據及控制均不能正常顯示的故障,給生產安全帶來了一定的隱患。以下從軟件及硬件兩方面來分析系統離線的原因及解決辦法。
    一、硬件原因:
    
1、負荷過重:包括服務器負荷及各操作員站網卡負荷。
    
服務器負荷是在數據庫總控中通過一定的算法得出的,顯示在系統狀態圖界面中。一般要求服務器的設計負荷是實際接入負荷的若干倍,界面上顯示服務器負荷在20%以下為佳,這一方面可隨著生產發展的需要隨時增加新的節點,另一方面也可以使系統網絡運行于較輕的通信負荷狀態,以確保系統的實時性和可靠性,系統的在線網絡重構功能更容易實現。
    
當服務器負荷過重時,就有可能發生服務器死機。故障現象為系統狀態圖正常,只是各操作員站數據不會變化,有時會顯示服務器離線,大部分可以通過重啟服務器解決。
    
服務器負荷過重的解決方法:一是去掉不用的點,在長期生產過程中,一定會產生很多廢點,要及時加以去除,因為當這些點存在時,主控單元會時時對這些點的進行數據交換及與通訊。二是合并重復點,如壓縮機的一出和二入壓力、三出和四入壓力相同,而且現場也是用一臺壓力變送器,在合并重復點后也要將不用的點在數據庫總控中去除。三是不能無限制地增加控制點數,如果要增加較多的點,則必須增上現場控制站。
    
網卡負荷過重也會造成局部或全部離線現象,一般控制網卡負荷在15%以下,上面的服務器負荷可以通過讀取系統狀態圖中的數據直觀獲得,而網卡的負荷則需要專用測試軟件獲得。
    
2、存取余量過低:包括外存余量和內存余量。
    
任何電腦在長期使用后,就可能會發生因系統盤余量過小(指外存)及提示虛擬內存過低(指內存)發生死機。雖然和利時將工程儲存在D盤的工程師站目錄下,但在長期生產過程中,數據會不斷增加,作為系統盤的C盤數據也會不斷增加,日積月累,就會發生系統盤余量過小而死機或離線的情況。
    
解決方法:定期對各站數據進行清理。
    
3、電源、DP通訊鏈路、模塊、網卡等不正常。
    
當電源不正常工作時,會使網絡供電停止,顯示離線。而DP通訊連接是主控單元至各I/O模塊的唯一通路,當因腐蝕、機械振動等使DP通路發生接觸不良、損壞時,系統就會顯示離線(DP線在和利時控制站中為紫色,在現場控制站機柜后面布置)。當模塊發生故障時,因為模塊與主控單元的通訊也是通過DP線及匹配端子連接的,有時也會導致網路不通而離線,這時要在系統狀態圖及現場控制站中檢查故障模塊并及時維修或更換。網卡因為壽命、負荷率及腐蝕等原因造成的損壞可能會造成單個操作員站或全網離線,發生時,要找到故障網卡,予以切除或更換。
    
其他如施工造成光纖或網線損壞、光纖轉換器或交換機故障、各接頭因環境原因接觸不良、打印機等外設故障造成的離線則要通過加強管理及日常維護解決。當DCS系統運行一段時間后,建議由生產廠家進行點檢,從根本上達到預防故障的發生的目的。
    
二、軟件原因:
    
1、軟件本身原因:因為任何軟件都不可能十全十美,而生產中發生的問題千奇百怪,總會有軟件不能完全適應生產的情況。同時,幾乎所有的殺毒軟件會將各廠商的控制系統軟件視為病毒予以查殺。解決方法,一是在安裝操作系統時,要將殺毒軟件卸載,并將網絡屬性中的防火墻設置為“關閉”。二是當系統紊亂時要重做系統,并盡可能將硬盤全部格式化。而和利時系統有時會不明離線,這時可登錄超級工程師,退出后重啟操作員即可。當進行服務器下裝時,有時會影響到控制器算法,全網會顯示離線狀態,這時,只要在控制器算法里重新在線登錄即可解決。
    
2、人為原因:任何一臺操作員站均有數量不等的USB接口,而操作員的USB設備不可能全部將這些口占用,操作人員會有意或無意地利用閑置的USB口進行私人設備進行充電或讀取操作,這相當危險,一是如果私人的USB設備故障,輕則可能將操作員站電壓拉低,使操作員站停止工作,重則會損壞操作員站,如果USB設備帶有病毒時,會通過整個局域網傳播到整個網絡,引起系統癱瘓,一定要嚴格管理,加以杜絕。
    
目前,和利時已推出MACSV最新版本,可全程實現工程師站的在線下裝,完全避免了以前初始化下裝時要停開空壓機站,將氣動閥全部切除,改為人工手動操作的弊端,這對處理離線時的軟件故障非常有利。
    
三、腐蝕原因:
    
上面也提到了因為腐蝕原因對各部件的影響,之所以在此又單獨提出,是因為腐蝕是DCS系統正常運行的最大敵人。系統供應商在設計時,不是沒有考慮腐蝕的因素,但要使各操作站完全防腐,單臺操作站造價可能會達到幾萬元或十幾萬元之巨。
    
生產實踐表明,腐蝕對操作員站造成影響的主要有以下幾個部件:
    
1、硬盤及SAS卡:當硬盤或SAS卡因腐蝕發生故障時,操作員站死機,重新啟動后不能進入系統,界面提示操作系統丟失,自檢不能發現硬盤或提示硬盤故障。
    
2、網卡:和利時所配置的聯想及戴爾操作員共使用三類網卡,第一類是主板所帶的集成網卡,因主板生產商在出廠工藝中做了三防(防潮、防鹽霧、防霉變)處理,所以集成網卡雖然有損壞,但一般不是腐蝕所致。第二類是以太100/1000M網卡,安裝在主板的PCI-E插槽中(注:此類網卡只在MNETSNET網絡中的服務器及工程師站中使用)。第三類是以太10/100M網卡,安裝在主板的PCI網卡中。而和利時提供的第二、三類網卡全部未采用三防工藝,所以極易因腐蝕而發生損壞,故障現象為某一操作員站通訊中斷,嚴重時會導致整個網絡離線,這也是撫寧分公司系統離線的主要原因。
    
3USB口腐蝕故障。
    
防止腐蝕的方法:
    
1、使各操作員站遠離腐蝕區域。這即是安全生產的要求,也是行之有效的防腐方法。
    
2、對裸露部件加噴三防漆保護。因為主板,內存等在出廠時已做了三防工藝,所以只要對沒有三防工藝的部件進行處理,注意一定要雙面噴,并要避免金手指染漆。對USB口可加裝保護塞,即可以防腐,又能避免操作人員亂插USB設備。對已經損壞的不帶三防部件,如硬盤可以更換成無裸露部件的固態SSD硬盤、網卡可以更換成出廠帶有三防工藝的網卡等,基本可以解決操作員站的腐蝕問題。
    
3、對各操作站進行正壓通風,此方法理論上可行,但在實際操作中相當困難。
    
4、加裝安全交換機。現在使用的交換機內部電路相通,當一臺操作員站網絡元件故障時,極易引起全網離線,安全交換機在內部使進入交換機的各通道實現物理隔離,可使網路故障不再擴大,也方便故障點查找及維修。
    
總之,系統離線故障原因較多,但并不是無章可循,只有做到快速準確判斷和處理,才能使DCS系統更好地服務于生產需要。(陳德東)
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