化工生产DCS控制系统失效分析

　　摘要：化工生产DCS控制系统失效分析，主要是对设计或生产要求所规定的功能部分或全部丧失。查找失效原因和机理,判断失效依据,提出预防失效的对策措施的技术活动和管理活动称为失效分析。

　　关键词：DCS控制系统  失效  分析

Chemical Production Failure Invalidation analysis of DCS Control System

 Niu Xinggang

（Nuclear Industry Southwest Survey & Design Academy）

　　Abstract: Chemical production invalidation analysis of DCS control system, mainly use for the partial or complete loss of function under design or production requirements. invalidation analysis is a technology and mangement activity  that find the invalidation causes and mechanism , judge the invalidation standard, give the right countermeasure of prevent invalidation.

　　Keywords: DCS Control System    Invalidation    analysis

　　1 引言

　　失效分析是人们认识事物本质和发展规律的逆向思维和探索，对系统进行失效分析实质上是对系统可靠性保障的措施之一，是把失效原因减少和条件改变后为安全运行提供基础保障，在科学技术高度发展的今天，很多系统对安全保障的要求已提高到所有人必须重视的程度，系统失效分析技术已成为科学技术中的一个重要的学术领域，已经从过去的一项技术措施，提高到一个分支学科的飞跃发展，失效分析和风险分析、风险评价有着不可分割的关系，促进了许多新学科如安全工程、风险工程等的建立发展，这是当代科学技术发展的结果。失效分析技术与社会公共安全、生产安全密切相关，可为事故原因调查分析提供方法，它既是事故责任界定的重要技术基础，又是制定事故预防措施的科学依据。

　　2 失效分析的分类

　　在失效分析中，通常将失效分析分类，从技术角度分类可从工艺技术、设备技术、操作技术、软件技术、硬件技术进行系统的失效分析，从管理角度可从管理决策、管理控制、管理方法等方面进行系统失效分析。化工生产DCS系统失效分析一般可按以下分类进行，

　　（1）生产工艺参数失效分析

　　（2）设施、装置失效分析

　　（3）仪器、仪表失效分析

　　（4）软件及回路失效分析

　　（5）连锁控制失效分析

　　（6）人员操作失效分析

　　（7）管理控制失效分析

　　（8）其他影响因素失效分析

　　对系统进行失效分析的核心是从外部诱发因素和失效表现形式入手，进而再研究较隐蔽的内在因素，利用科学技术查找部件失效的原因及方式或失效部位与失效频度，导致零件、元器件和材料失效的物理或化学过程。

　　化工生产DCS控制系统失效分析，主要是对设计或生产要求所规定的功能部分或全部丧失。查找失效原因和机理,判断失效依据,提出预防失效的对策措施的技术活动和管理活动称为失效分析。

　　3 化工生产DCS控制系统的特点

　　DCS对安全联锁它是将计算机技术、控制技术、通信技术和图象显示技术相结合的产物，是实现过程控制、过程管理的现代化设备。在化工生产中常常涉及到高温高压、有毒有害的、易燃易爆等介质的存在，一旦失去控制，发生事故将造成灾难性的影响。这使该行业对工艺、设备、设施、人员操作的可靠性提出了很高的要求。通常在化工行业采用DCS安全联锁装置，它可以对工艺参数、温度、压力、时间、监测进行数值设定和顺序设定，在事故和非正常状态下实现控制联锁或安全停车，从而避免事故的发生。

　　它具有以下特点：

　　1）灵活性强 ：系统是通过组态软件进行工艺参数设定和组态硬件匹配，确定测量值与控制信号及相互间连接关系，选择控制要点、控制规律以及从图像、曲线、声音所需的各种监控和报警画面，传输给管理和执行机构从而方便地构成所需的控制系统。

　　2）控制功能齐全：DCS系统由专用的管理计算机站、监测站、操作站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站和管理执行中心等组成，也可由通用的服务器或工业控制计算机和可编程控制器构成。并可通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，可利用软件设定的优化程序或方案调整或控制生产流程中的现状，并可收集和存储数据，打印统计报表，故障诊断与冗错功能、显示报警、计划调度、仓储管理、物流管理、能源消耗管理等。

　　3）兼容性宽： 各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个生产系统信息共享，协调各工序之间工作关系，优化处理生产过程及流程，系统软件均设有较为充足的冗余冗错功能，以完成控制工艺步骤目标和系统总体实现。

　　4）可靠性高 ：由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用冗错设计，可以针对需要实现的功能，采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

　　5）维护方便： 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下更换模块、插件、端口、局部线路或整机更换，均可迅速排除故障。

　　只有准确、全面的掌握了DCS控制系统的特点和规律才能针对这些特点和规律去进行失效分析，针对失效原因给予控制和解决问题的措施，才能确保系统的安全可靠性。

　　4 系统分类失效分析

　　4.1生产工艺参数失效分析

　　4.1.1系统工艺参数设定分析

　　    1）分析安全联锁装置是否科学合理，首先应该从安全联锁装置的设计理念开始，一般安全联锁装置的工艺参数首先是满足产品的生产需要，采用什么工艺、材料、介质、反应、温度、压力、时间等方面因素。必须在安全条件下才能正常运行。

　　2）所配套的设施设备应满足工艺或产品所需的负荷、流量、流速、温度、压力、容积、电流、电压、超荷等方面的要求。

　　3）程序设计、参数设定、冗余设定、信息传导与连接、记忆储存、故障查询与排除、自动修正与补偿、讯号或符号的输入功能软件性能与工艺参数是否科学合理，进行全面的失效分析。

　　4.1.2生产工艺原因分析

　　1）工艺介质粘度大、有腐蚀等，会影响仪表正常工作，造成联锁拒动。流量计的孔板堵死，开关不能回零，联锁停车不能动作，轴瓦烧坏。

　　2）工艺介质原因，调节阀堵塞、卡住，不能实现调节作用。放料罐爆聚成大块，调节阀被卡，程序控制紊乱、无法动作，被迫停车。

　　3）工艺确定的联锁设定值不合适、仪表空气压力低于P1=0.35MPa时，锅炉燃料重油切断阀便自动联锁关闭，自动向仪表空气管线氮气补充不及时、联锁动作的二个必要条件不满足。

　　4.2 设施、装置失效分析

　　1）控制系统安装前站点条件不满足设计参数，机房和中控室装修完毕，环境中是否有灰尘、振动的影响。地面清洁干净和空调系统投用不能通过指标考核，UPS临时电源、稳压设备、照明设备、在非正常状态下功能与作用的发挥，机房附近的振动或电磁波确认不会引入干扰系统信号传输或图像稳定，接地系统电阻值是否失效。

　　2)台柜、设备（主机、监视器、打印机等）安装，卡件或模块安装，系统网线、内部电缆的连接，端子外部仪表信号线的连接，系统电源、接地的连接进行失效分析和有效验证。

　　3）系统安装冬、夏季机房的温度变化对正常运行的失效分析。

　　4)现场通电、调试对可能出现的失效因素分析。

　　5）硬件设施在安装、隐蔽工程可能引起失效因素分析。

　　4.3 仪器、仪表失效性分析

　　DCS系统中的仪器、仪表可能因产品质量瑕疵导致失效，仪器、仪表保管、储存外界或内部介质的物理、化学因素导致失效，行为不当或故意破坏导致失效，系统非正常运行导致失效。为定期检查、校验强制性检测校准导致失效，超负荷运行导致仪器、仪表失效，介质错误、流向错误导致仪器、仪表失效，其他原因导致仪器、仪表失效。

　　4.4 软件及回路失效分析

　　计算机软件失效分析主要原因病毒侵入引起系统失效，程序紊乱，卡件或模块安装不当，系统网线、电缆端子、外部仪表信号线连接不紧，系统电源不稳，检测报警、终端图像显示回路失效等影响分析。

　　4.5连锁控制失效分析

　　4.5.1电气联锁失效性分析

　　1）电磁阀安装不正确、密封不严，湿度超标，绝缘受潮引起电磁阀功能失效。绝缘受热老化，匝间短路引起功能失效。缺乏管理、检修，灰尘积多，会导致各部螺丝及阀芯生锈、排风孔堵塞导致系统失效。

　　2）控制阀、切断阀因物料堵、卡、磨损、锈蚀等原因，使调节不灵、切断不力，联锁系统误动或拒动导致系统失效。

　　3）UPS电源不能保证电网停电时能继续供电30分钟供电，冗余电源功能不够等失效影响分析。

　　4）触电事故联锁装置、排除电路故障的联锁装置、执行安全程序的联锁装置、防止非电事故的联锁装置，手动联锁、自动联锁、机组联锁失效因素分析。

　　4.5.2手动联锁失效分析

　　1）手动联锁装置、机械设备和阀门开停（启闭）动作信号、动作、时间失效因素分析，逻辑关系、回路反馈失效因素分析，操作人员技能失效因素分析，管理、控制、授权失效因素分析。

　　2）自动联锁装置、机械设备、闸阀开停（启闭）动作、时间、程序失效因素分析，控制室内显示的状态、声、光信号等失效因素分析，工艺操作人员、管理人员技能失效因素分析。

　　3）机组连锁装置，机组联锁保护、润滑油、密封系统失效因素分析，

　　热源、机械作用、人为因素、绝缘损坏、接线端子受外界物理、化学作用可导致腐蚀、锈蚀等，造成接触不良，最终使传递信号中断等失效因素分析，机组连锁装置开关、仪表受外界振动或其他机械性振动致使其动作不灵活、不准确，从而产生拒动或不动失效因素分析，变送器受冷冻结、放大器堵塞、测量元件失灵、元器件损伤、导压管内隔离液跑损使传递滞呆等原因都可能使信号不能及时发出等失效因素分析，机组管理、维护、维修不及时导致系统失效因素分析。

　　4.6 人员操作失效分析

　　人的行为失效因素包括心理因素；感情、意识、态度、宗教、心理缺陷、教育背景、民族习惯等方面的因素差异。人的生理因素；先天性缺陷，后天性缺陷，视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉感观能量上分配的差异。

　　1）工艺、设备操作人员对系统操作不熟，对联锁系统中的关联因果关系不清，或不熟悉现场情况的操作失效因素分析，误碰联锁接点、其他仪表、误动联锁仪表等误操作影响分析。

　　2）违反操作规程、顺序、问题处理不及时导致系统失效因素分析。

　　3）带电处理联锁系统缺陷、使用工具不当、误碰电路引起接地、短路，导致联锁误动，甚至烧坏设备等影响分析。

　　4）人的行为失效主要表现在操作错误、忽视安全、忽视警告，未经许可开动、关停、移动机器，开动、关停机器时未给信号，开关未锁紧，造成意外转动、通电泄漏等，忘记关闭设备，忽视警告标志、警告信号操作错误（指按钮、阀门、扳手、把柄等的操作），奔跑作业，供料或送料速度过快，机器超速运转，酒后作业。

　　5）使用不安全设备，临时使用不牢固的设施，使用无安全装置的设备，手代替工具操作用，手代替手动工具

　　6）物体（指成品、半成品、材料、工具、切屑和生产用品等）存放不当，冒险进入危险场所，冒进易燃易爆场合，未及时瞭望，攀坐不安全位置（如平台护栏、汽车挡板、吊车吊钩）在直吊物下作业，停留机器运转时，加油、修理、检查、调整、焊接、清扫等工作未使用个人防护用品，忽视其使用护目镜、面罩、防护手套、安全鞋、安全帽、呼吸护具、安全帽、对易燃、易爆等危险物品处理错误等人的行为失效因素分析。

　　4.7 管理控制失效分析

　　1）管理制度、定期检验、标记警示、防护装置、故障处理、操作规程、、监护作业、巡检制度等失效因素分析。

　　2）系统工程师、组态设计、生成工程师、软、硬件工程师、硬件维护工程师、操作、管理人员技能失效因素影响分析。

　　4.8 其他影响因素失效性分析

　　系统超期服役、自然影响因素、电磁辐射因素、地质因素等方面的影响均会导致系统失灵或失效。

　　5 结论

　　运用失效学原理，对化工生产DCS控制系统以上八个方面的失效原因分析，在实际工作中可提高DCS自动控制系统的有效性，对系统本质安全程度的提高有着重要作用。