摘要：化工生產DCS控制系統失效分析，主要是對設計或生產要求所規定的功能部分或全部喪失。查找失效原因和機理,判斷失效依據,提出預防失效的對策措施的技術活動和管理活動稱為失效分析。

　　關鍵詞：DCS控制系統  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

　　失效分析是人們認識事物本質和發展規律的逆向思維和探索，對系統進行失效分析實質上是對系統可靠性保障的措施之一，是把失效原因減少和條件改變后為安全運行提供基礎保障，在科學技術高度發展的今天，很多系統對安全保障的要求已提高到所有人必須重視的程度，系統失效分析技術已成為科學技術中的一個重要的學術領域，已經從過去的一項技術措施，提高到一個分支學科的飛躍發展，失效分析和風險分析、風險評價有著不可分割的關系，促進了許多新學科如安全工程、風險工程等的建立發展，這是當代科學技術發展的結果。失效分析技術與社會公共安全、生產安全密切相關，可為事故原因調查分析提供方法，它既是事故責任界定的重要技術基礎，又是制定事故預防措施的科學依據。

　　2 失效分析的分類

　　在失效分析中，通常將失效分析分類，從技術角度分類可從工藝技術、設備技術、操作技術、軟件技術、硬件技術進行系統的失效分析，從管理角度可從管理決策、管理控制、管理方法等方面進行系統失效分析。化工生產DCS系統失效分析一般可按以下分類進行，

　　（1）生產工藝參數失效分析

　　（2）設施、裝置失效分析

　　（3）儀器、儀表失效分析

　　（4）軟件及回路失效分析

　　（5）連鎖控制失效分析

　　（6）人員操作失效分析

　　（7）管理控制失效分析

　　（8）其他影響因素失效分析

　　對系統進行失效分析的核心是從外部誘發因素和失效表現形式入手，進而再研究較隱蔽的內在因素，利用科學技術查找部件失效的原因及方式或失效部位與失效頻度，導致零件、元器件和材料失效的物理或化學過程。

　　化工生產DCS控制系統失效分析，主要是對設計或生產要求所規定的功能部分或全部喪失。查找失效原因和機理,判斷失效依據,提出預防失效的對策措施的技術活動和管理活動稱為失效分析。

　　3 化工生產DCS控制系統的特點

　　DCS對安全聯鎖它是將計算機技術、控制技術、通信技術和圖象顯示技術相結合的產物，是實現過程控制、過程管理的現代化設備。在化工生產中常常涉及到高溫高壓、有毒有害的、易燃易爆等介質的存在，一旦失去控制，發生事故將造成災難性的影響。這使該行業對工藝、設備、設施、人員操作的可靠性提出了很高的要求。通常在化工行業采用DCS安全聯鎖裝置，它可以對工藝參數、溫度、壓力、時間、監測進行數值設定和順序設定，在事故和非正常狀態下實現控制聯鎖或安全停車，從而避免事故的發生。

　　它具有以下特點：

　　1）靈活性強 ：系統是通過組態軟件進行工藝參數設定和組態硬件匹配，確定測量值與控制信號及相互間連接關系，選擇控制要點、控制規律以及從圖像、曲線、聲音所需的各種監控和報警畫面，傳輸給管理和執行機構從而方便地構成所需的控制系統。

　　2）控制功能齊全：DCS系統由專用的管理計算機站、監測站、操作站、工程師站、記錄站、現場控制站和數據采集站和管理執行中心等組成，也可由通用的服務器或工業控制計算機和可編程控制器構成。并可通過數據通信網絡傳送到生產監控級計算機。生產監控級對來自過程控制級的數據進行集中操作管理，可利用軟件設定的優化程序或方案調整或控制生產流程中的現狀，并可收集和存儲數據，打印統計報表，故障診斷與冗錯功能、顯示報警、計劃調度、倉儲管理、物流管理、能源消耗管理等。

　　3）兼容性寬： 各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個生產系統信息共享，協調各工序之間工作關系，優化處理生產過程及流程，系統軟件均設有較為充足的冗余冗錯功能，以完成控制工藝步驟目標和系統總體實現。

　　4）可靠性高 ：由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現，系統結構采用冗錯設計，可以針對需要實現的功能，采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。

　　5）維護方便： 功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下更換模塊、插件、端口、局部線路或整機更換，均可迅速排除故障。

　　只有準確、全面的掌握了DCS控制系統的特點和規律才能針對這些特點和規律去進行失效分析，針對失效原因給予控制和解決問題的措施，才能確保系統的安全可靠性。

　　4 系統分類失效分析

　　4.1生產工藝參數失效分析

　　4.1.1系統工藝參數設定分析

　　    1）分析安全聯鎖裝置是否科學合理，首先應該從安全聯鎖裝置的設計理念開始，一般安全聯鎖裝置的工藝參數首先是滿足產品的生產需要，采用什么工藝、材料、介質、反應、溫度、壓力、時間等方面因素。必須在安全條件下才能正常運行。

　　2）所配套的設施設備應滿足工藝或產品所需的負荷、流量、流速、溫度、壓力、容積、電流、電壓、超荷等方面的要求。

　　3）程序設計、參數設定、冗余設定、信息傳導與連接、記憶儲存、故障查詢與排除、自動修正與補償、訊號或符號的輸入功能軟件性能與工藝參數是否科學合理，進行全面的失效分析。

　　4.1.2生產工藝原因分析

　　1）工藝介質粘度大、有腐蝕等，會影響儀表正常工作，造成聯鎖拒動。流量計的孔板堵死，開關不能回零，聯鎖停車不能動作，軸瓦燒壞。

　　2）工藝介質原因，調節閥堵塞、卡住，不能實現調節作用。放料罐爆聚成大塊，調節閥被卡，程序控制紊亂、無法動作，被迫停車。

　　3）工藝確定的聯鎖設定值不合適、儀表空氣壓力低于P1=0.35MPa時，鍋爐燃料重油切斷閥便自動聯鎖關閉，自動向儀表空氣管線氮氣補充不及時、聯鎖動作的二個必要條件不滿足。

　　4.2 設施、裝置失效分析

　　1）控制系統安裝前站點條件不滿足設計參數，機房和中控室裝修完畢，環境中是否有灰塵、振動的影響。地面清潔干凈和空調系統投用不能通過指標考核，UPS臨時電源、穩壓設備、照明設備、在非正常狀態下功能與作用的發揮，機房附近的振動或電磁波確認不會引入干擾系統信號傳輸或圖像穩定，接地系統電阻值是否失效。

　　2)臺柜、設備（主機、監視器、打印機等）安裝，卡件或模塊安裝，系統網線、內部電纜的連接，端子外部儀表信號線的連接，系統電源、接地的連接進行失效分析和有效驗證。

　　3）系統安裝冬、夏季機房的溫度變化對正常運行的失效分析。

　　4)現場通電、調試對可能出現的失效因素分析。

　　5）硬件設施在安裝、隱蔽工程可能引起失效因素分析。

　　4.3 儀器、儀表失效性分析

　　DCS系統中的儀器、儀表可能因產品質量瑕疵導致失效，儀器、儀表保管、儲存外界或內部介質的物理、化學因素導致失效，行為不當或故意破壞導致失效，系統非正常運行導致失效。為定期檢查、校驗強制性檢測校準導致失效，超負荷運行導致儀器、儀表失效，介質錯誤、流向錯誤導致儀器、儀表失效，其他原因導致儀器、儀表失效。

　　4.4 軟件及回路失效分析

　　計算機軟件失效分析主要原因病毒侵入引起系統失效，程序紊亂，卡件或模塊安裝不當，系統網線、電纜端子、外部儀表信號線連接不緊，系統電源不穩，檢測報警、終端圖像顯示回路失效等影響分析。

　　4.5連鎖控制失效分析

　　4.5.1電氣聯鎖失效性分析

　　1）電磁閥安裝不正確、密封不嚴，濕度超標，絕緣受潮引起電磁閥功能失效。絕緣受熱老化，匝間短路引起功能失效。缺乏管理、檢修，灰塵積多，會導致各部螺絲及閥芯生銹、排風孔堵塞導致系統失效。

　　2）控制閥、切斷閥因物料堵、卡、磨損、銹蝕等原因，使調節不靈、切斷不力，聯鎖系統誤動或拒動導致系統失效。

　　3）UPS電源不能保證電網停電時能繼續供電30分鐘供電，冗余電源功能不夠等失效影響分析。

　　4）觸電事故聯鎖裝置、排除電路故障的聯鎖裝置、執行安全程序的聯鎖裝置、防止非電事故的聯鎖裝置，手動聯鎖、自動聯鎖、機組聯鎖失效因素分析。

　　4.5.2手動聯鎖失效分析

　　1）手動聯鎖裝置、機械設備和閥門開停（啟閉）動作信號、動作、時間失效因素分析，邏輯關系、回路反饋失效因素分析，操作人員技能失效因素分析，管理、控制、授權失效因素分析。

　　2）自動聯鎖裝置、機械設備、閘閥開停（啟閉）動作、時間、程序失效因素分析，控制室內顯示的狀態、聲、光信號等失效因素分析，工藝操作人員、管理人員技能失效因素分析。

　　3）機組連鎖裝置，機組聯鎖保護、潤滑油、密封系統失效因素分析，

　　熱源、機械作用、人為因素、絕緣損壞、接線端子受外界物理、化學作用可導致腐蝕、銹蝕等，造成接觸不良，最終使傳遞信號中斷等失效因素分析，機組連鎖裝置開關、儀表受外界振動或其他機械性振動致使其動作不靈活、不準確，從而產生拒動或不動失效因素分析，變送器受冷凍結、放大器堵塞、測量元件失靈、元器件損傷、導壓管內隔離液跑損使傳遞滯呆等原因都可能使信號不能及時發出等失效因素分析，機組管理、維護、維修不及時導致系統失效因素分析。

　　4.6 人員操作失效分析

　　人的行為失效因素包括心理因素；感情、意識、態度、宗教、心理缺陷、教育背景、民族習慣等方面的因素差異。人的生理因素；先天性缺陷，后天性缺陷，視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺感觀能量上分配的差異。

　　1）工藝、設備操作人員對系統操作不熟，對聯鎖系統中的關聯因果關系不清，或不熟悉現場情況的操作失效因素分析，誤碰聯鎖接點、其他儀表、誤動聯鎖儀表等誤操作影響分析。

　　2）違反操作規程、順序、問題處理不及時導致系統失效因素分析。

　　3）帶電處理聯鎖系統缺陷、使用工具不當、誤碰電路引起接地、短路，導致聯鎖誤動，甚至燒壞設備等影響分析。

　　4）人的行為失效主要表現在操作錯誤、忽視安全、忽視警告，未經許可開動、關停、移動機器，開動、關停機器時未給信號，開關未鎖緊，造成意外轉動、通電泄漏等，忘記關閉設備，忽視警告標志、警告信號操作錯誤（指按鈕、閥門、扳手、把柄等的操作），奔跑作業，供料或送料速度過快，機器超速運轉，酒后作業。

　　5）使用不安全設備，臨時使用不牢固的設施，使用無安全裝置的設備，手代替工具操作用，手代替手動工具

　　6）物體（指成品、半成品、材料、工具、切屑和生產用品等）存放不當，冒險進入危險場所，冒進易燃易爆場合，未及時瞭望，攀坐不安全位置（如平臺護欄、汽車擋板、吊車吊鉤）在直吊物下作業，停留機器運轉時，加油、修理、檢查、調整、焊接、清掃等工作未使用個人防護用品，忽視其使用護目鏡、面罩、防護手套、安全鞋、安全帽、呼吸護具、安全帽、對易燃、易爆等危險物品處理錯誤等人的行為失效因素分析。

　　4.7 管理控制失效分析

　　1）管理制度、定期檢驗、標記警示、防護裝置、故障處理、操作規程、、監護作業、巡檢制度等失效因素分析。

　　2）系統工程師、組態設計、生成工程師、軟、硬件工程師、硬件維護工程師、操作、管理人員技能失效因素影響分析。

　　4.8 其他影響因素失效性分析

　　系統超期服役、自然影響因素、電磁輻射因素、地質因素等方面的影響均會導致系統失靈或失效。

　　5 結論

　　運用失效學原理，對化工生產DCS控制系統以上八個方面的失效原因分析，在實際工作中可提高DCS自動控制系統的有效性，對系統本質安全程度的提高有著重要作用。