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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,,,,,SCADA,系統(tǒng),川氣東送管道工程,,,生產(chǎn)技術準備技術培訓,,,,,西南石油大學電子信息工程學院,,,青 小 渠,,2007.12,,,,監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA),,第七章,SCADA系統(tǒng)的安裝調試與故障診斷,,,7.1 SCADA系統(tǒng)的安裝,,從設備的大類來說，SCADA

2、系統(tǒng)應由兩部分組成。第一部分是各級控制室內的SCADA系統(tǒng)軟件、硬件設備、電源部分和內部電纜，這一部分通常稱監(jiān)控系統(tǒng)。第二部分是現(xiàn)場儀表及其他終端裝置、外部線纜，統(tǒng)稱現(xiàn)場儀表裝置，只有現(xiàn)場儀表裝置與作為數(shù)據(jù)處理的監(jiān)控系統(tǒng)緊密配合，SCADA系統(tǒng)才能真正發(fā)揮作用。,,,SCADA系統(tǒng)本體由硬件和軟件組成。SCADA系統(tǒng)的硬件安裝包括盤、柜、機的安裝和它們之間的連線，系統(tǒng)工作接地，電源及基本控制器、多功能控制器的安裝，安全接地與隔離。,,7.1.1 SCADA系統(tǒng)安裝的外部條件,,SCADA系統(tǒng)安裝的外部條件就是控制室和操作室應具備使用的條件。對SCADA系統(tǒng)的控制室和操作室的要求高于常規(guī)儀表的

3、中控室，它對室內溫度、濕度、清潔度都有嚴格的要求。在安裝前，控制室和操作室的土建、安裝、電氣、裝修工程必須全部完工，室內裝飾符合設計要求，空調機啟用，并配有吸塵器。其環(huán)境溫度、濕度、照度以及空氣的凈化程度必須符合SCADA系統(tǒng)運行條件，才可開箱安裝,。,,,SCADA系統(tǒng)的安裝對安裝人員也有嚴格的要求，安裝人員必須保持清潔，到控制室或操作室工作必須換上干凈的專用拖鞋，以防帶灰塵進入SCADA系統(tǒng)裝置內。有條件，要盡量避免靜電感應對元器件的影響。調試時，不穿化纖等容易產(chǎn)生靜電的織物。,,,7.1．2 機、柜、盤安裝,,機、柜、盤要求整體運輸?shù)娇刂剖遥诎惭b前拆箱。,,,,目前，雖然國內有少量廠

4、家生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)，但大多數(shù)還是從國外引進。引進裝置開箱安裝時，要遵守有關“開箱檢驗”的規(guī)定。開箱時，要有設備供應部門人員和接、保、檢部門人員在場、共同檢查外觀質量，設備內部卡件接線的缺陷情況以及隨機帶來的質量保證文件、技術資料，三方人員都要詳細登記，認真做好記錄。三方人員共同核對，共同簽字認可。質量保證文件要妥善保管，交工時，隨交工資料一起轉交甲方(建設單位)，技術資料另行保管，以備安裝、調試時使用。,,,,SCADA系統(tǒng)硬件包裝箱在運輸、開箱、搬運時必須小心，防止傾倒和產(chǎn)生強烈振動，以免造成意外損失。,,,,機、柜、盤的安裝順序與常規(guī)儀表箱安裝順序相同，并要制作槽鋼底座。SCADA系統(tǒng)控

5、制室通常有500mm左右的防靜電、防潮地板，因此底座的高度要考慮好，以保證其穩(wěn)定性和強度。底座要磨平，不能有毛刺和棱角。要及時除銹和作防腐處理。然后再用焊接法(有預埋鐵)或用膨脹螺栓。(沒有預埋鐵)牢固地固定在地板上。盤、柜、操作臺用M10的螺栓固定在底座上。,,7.1．3 接地及接地系統(tǒng)的安裝,,SCADA系統(tǒng)對接地的要求要遠高于常規(guī)儀表。它分為本質安全接地、系統(tǒng)直流工作接地、交流電源的保護接地和安全保護接地等。各類接地系統(tǒng)、各接地母線之間彼此絕緣。各接地系統(tǒng)檢查無混線后，方能與各自母線和接地極相連。,,,,系統(tǒng)直流工作接地有時又稱為數(shù)據(jù)高速通路邏輯參考地(Logic ground)，要求

6、最高，不同機型有不同要求，阻值一般不能超過1Ω，因此必須打接地極，在地下水位很高的地方容易做到，但在地下水位不高的地方卻很困難。盡管困難，也必須要達到小于1Ω的要求，因此有時要采取一些特殊的減小電阻損失的措施。,,其他系統(tǒng)接地要求是接地電阻小于4Ω。安全保護接地還可以與全廠系統(tǒng)接地網(wǎng)連起來。,,,,組成系統(tǒng)的模件、模塊比較嬌貴，有的怕靜電感應，有的經(jīng)受不了雷擊感應。安裝時要注意說明書中對接地的要求。,,7.1．4 接線,,SCADA系統(tǒng)的接線主要有兩大部分。第一部分是硬件設備之間的連接，第二部分是SCADA系統(tǒng)和在線儀表包括執(zhí)行器的連接。,,硬件設備之間的連接,這種連接在控制室內部進行，大多

7、采用多芯(65芯或50芯)屏蔽雙絞線或同軸電纜，用已標準化了的插件插接。這些電纜又稱作系統(tǒng)電纜。插接件很多，要仔細、謹慎，絕對不能誤插、錯插，通常情況是由一個人或一個小組主接電纜，主接插接件，另一個人或另一小組按圖審核。若審核沒問題即算通過，審核有問題，兩人或兩個小組共同商量，找出錯接、誤接原因，正確接線后，最好由第三者重新審核(主要是錯接部分)?？傊ＷC接線準確無誤。,,SCADA系統(tǒng)和在線儀表的連接,,這是控制室與現(xiàn)場儀表的連接，量大點多。這種連接有兩種基本形式。第一種形式是一根電纜從頭到底，與也就是現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場執(zhí)行器連接的兩芯電纜一直連到控制室SCADA系統(tǒng)相應的模件接線端子上。,

8、,,,第二種形式是控制室通過主電纜(一般為30芯)連接到現(xiàn)場點集中的地方，通過接線盒，再分別用兩芯電纜與每一個一次點連接。這兩種電纜敷設形式都很普遍，通常引進項目以多芯電纜為多。不管采用哪一種接線方法，每組信號都要經(jīng)過三個接點。一般的SCADA系統(tǒng)都有上百個回路，它的接點可多達4萬～5萬個，而每一個接點都必須準確無誤，牢固可靠，并且要求排列整齊、美觀。,,,SCADA系統(tǒng)與現(xiàn)場在線儀表的連接，通過各個回路的調試，可方便地檢查出接線的錯誤，但很耽誤時間。因此，要求一個人接的線，由另一個人來校核，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題。,,,7.1．5 電源,,SCADA系統(tǒng)對電源要求遠高于常規(guī)儀表，電源必須可靠且安

9、全，對供電系統(tǒng)的安全性要求很高。通常，它采,,用雙回路供電， 自動切換。萬一兩個回路都停電，還要有不間斷電源瞬時接上，以保證系統(tǒng)運行在安全狀態(tài)。,,7.1．6 基本控制器、多功能控制器的安全接地與隔離,,基本控制器、多功能控制器是SCADA系統(tǒng)的基本組成，SCADA系統(tǒng)許多優(yōu)于常規(guī)儀表的功能都要靠它們去完成。但它們對靜電卻很敏感，特別是組成它們的集成模塊，很容易受靜電感應而被破壞。調試人員穿化纖衣服或用化纖手套產(chǎn)生的靜電，擊穿了集成模塊的例子時有發(fā)生。,,,,解決的辦法是重在預防，除通電后，盡量不用化纖織物外，加強它們的安全接地是重要手段之一。因此，每個裝置都應有各自的接地系統(tǒng)。,,保證系

10、統(tǒng)安全的另一措施是隔離。隔離的目的是為了防止感應。通常隔離的辦法是采用隔離變壓器和采用光電法隔離。,,7.2 SCADA系統(tǒng)的調試,各種不同的SCADA系統(tǒng)，調試的方法也不同，但總的內容與步驟如下。,,,7.2．1調試前的檢查,調試前的檢查是為了保證開機順利、可靠。通常SCADA系統(tǒng)不經(jīng)檢查是不允許送電，不允許開機的。并且在每次送電前，每次開機前，都應進行必要的檢查。檢查的主要內容如下。,,環(huán)境檢查,,檢查環(huán)境(主控室、現(xiàn)場控制站、分析室等與系統(tǒng)有關的環(huán)境)的空氣溫度、濕度、室內照度是否已達到SCADA系統(tǒng)的使用條件。為此要在第一次使用前檢查空調系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及空氣凈化系統(tǒng)的運行是否正常，是

11、否符合要求，若有一項不符合，就不具備開機條件。停機之后再開機，若停機時間很長，仍要按上述要求檢查。若停機時間不長，在一二天內，并且不是因環(huán)境條件的原因而停機，則可稍為放松些，只要檢查環(huán)境溫度是否達到要求，濕度是否符合要求，凈化度是否在控制值之內即可。,,導線絕緣電阻的檢查,這項檢查可視為抽檢。每一個回路都有保險絲予以超載保護，可以抽檢幾個回路。檢查方法是導線與設備斷開，用500V兆歐表測絕緣電阻。具體要求是：信號線路絕緣電阻≥2MΩ，補償導線之間的絕緣電，阻≥0．5MΩ，低于4V DC的超低壓線路絕緣電阻≥0．1MΩ，系統(tǒng)電源帶電部分與外殼的絕緣電阻≥5MΩ。,,,供電檢查,供電檢查分兩個步驟

12、。第一是裝置的供電系統(tǒng)檢查，包括UPS(不間斷電源)的檢查。第二是供電單元的檢查，包括熔斷管容量檢查和負載性能試驗。特別要檢查每個模件的兩個供電裝置是否接在不同的相線上。,,,7.2．2 調試的主要方法,系統(tǒng)調試的覆蓋方法,,系統(tǒng)調試的模擬方法,,,系統(tǒng)調試的覆蓋方法,硬件調試項目覆蓋,,,軟件調試覆蓋,,,單回路調試,,,聯(lián)鎖回路調試覆蓋,,,程序控制系統(tǒng)調試覆蓋,,,系統(tǒng)調試的模擬方法,,系統(tǒng)調試中采用綜合模擬方法。采用這種方法的目的是在系統(tǒng)投入生產(chǎn)過程以前完整、真實地模擬過程參數(shù)，進行系統(tǒng)狀態(tài)調試。,,,(1)從輸入信號模擬,,從系統(tǒng)輸入端送人模擬過程變量相應信號，使用0．05級數(shù)字萬

13、用表和數(shù)字壓力表作標準表，保證精度上的要求。,,,(2)輸出負載模擬,,冷態(tài)調試時，現(xiàn)場負載不接人。對模擬量輸出負載，可在控制室內有關盤中輸出輸人端子上接人與負載相當?shù)男」β孰娮?，使其在屏幕上正常顯示。當數(shù)字輸出信號的負載需要時，可用信號燈模擬。,,熱態(tài)調試前拆除模擬負載。,,(3)系統(tǒng)模擬,,系統(tǒng)模擬主要使用在重要且復雜的聯(lián)鎖系統(tǒng)，采用冷態(tài)調試。制作模擬板。數(shù)字信號用開關和信號燈模擬。模擬量信號可由簡易電子元件線路產(chǎn)生。,,,(4)故障模擬,,故障模擬的主要目的是為了檢查計算機系統(tǒng)對故障的檢測診斷和冗余功能。送人越限信號、故障信號、測試操作站的顯示狀態(tài)。用切斷電源、切斷負載、拔出插件(卡)、

14、人為調整和加臨時跨接線等方法模擬故障狀態(tài)，測試操作站對相應故障的檢測診斷和冗余功能。,,7.2．3 調試人機對話,,利用SCADA操作站等人機接口的功能，如各單元插卡的發(fā)光二極管顯示，以及現(xiàn)場的顯示操作部分等，或必要時在端子上插入臨時的人機接口，提高系統(tǒng)調試的速度、效率和準確性。其要點是：數(shù)據(jù)通道按三級優(yōu)先權通訊。對不同的功能畫面，掃描周期不同。注意調試中相應等待、監(jiān)視、延時，不要急于對話。延時也包括調節(jié)單元的滯后，如向調節(jié)閥發(fā)出輸出改變信號后，需等待閥的行程動作時間。與現(xiàn)場聯(lián)系要使用對講機。,,7.2．4 SCADA系統(tǒng)現(xiàn)場調試中的故障診斷與處理,,SCADA系統(tǒng)盡管有許多優(yōu)越性，給現(xiàn)場

15、安裝、調試及系統(tǒng)運行帶來了很多方便，然而要保證控制系統(tǒng)輸入輸出點順利開通，所有回路、調節(jié)、聯(lián)鎖、檢測及報警系統(tǒng)安全、正確、可靠地投人運行，仍然必須注意現(xiàn)場安裝、調試的高質量與高效率，及時排除隱患。根據(jù)以往的經(jīng)驗，在施工過程中要注意以下幾個方面的問題，并采取相應的措施。,,,SCADA系統(tǒng)早期故障,①盡管制造廠已對SCADA的軟件、硬件進行過檢查和測試，引進的SCADA系統(tǒng)出檢驗人員也認真地進行過軟件、硬件的檢查與測試，但范圍與時間有限，不一定能充分發(fā)現(xiàn)故障。并且經(jīng)過運輸、存放和安裝，也有可能產(chǎn)生新的故障。,,②工程設計、制造廠的設計存在著不完善和缺陷。尤其是各專業(yè)設計不夠嚴密，或者條件不清楚，

16、存在著欠缺和錯誤。,,③安裝和接線不良造成的故障。,,④系統(tǒng)元件質量引起的故障。,,⑤現(xiàn)場環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度、灰塵、振動、沖擊、干擾、鼠害等造成的故障。,,⑥調試投運期間，操作人員不熟練引起的誤操作和損壞。,,現(xiàn)場常見的硬件故障,,(1)系統(tǒng)插卡和元件故障 可能產(chǎn)生的原因是元器件質量不良；使用條件不當；調整不當；錯誤的接線引入不正常電壓而形成的短路。,,(2)線路故障 可能產(chǎn)生的原因是因電纜導線端子、插頭損壞或松動而造成接觸不良；或因接線錯誤、調試中臨時接線、拆線或跨接線不當；或因外界腐蝕損壞等。這類故障常是隱蔽的。,,(3)電源故障 供電線路事故，線路負載不匹配，可引起系統(tǒng)或

17、局部的電源消失，或電壓波動幅度超限，或某元器件損壞，或某些誤操作，產(chǎn)生電源故障。這類故障常常影響范圍較大。,,軟件方面的故障,,(1)程序錯誤 設計、編程和操作都可能出現(xiàn)程序錯誤，特別是聯(lián)鎖、順控軟件，不少問題往往是由于工藝過程對控制的要求未被滿足而引起的。,,(2)組態(tài)錯誤 設計和輸入組態(tài)數(shù)據(jù)時發(fā)生錯誤，這可調出組態(tài)顯示進行檢查和修改。組態(tài)錯誤引起信息傳遞處理出錯。,,故障測試的基本途徑,,①現(xiàn)場調試工作主要包括三個部分，硬件調試、軟件調試和系統(tǒng)調試。硬件調試和軟件調試也可以和現(xiàn)場安裝后對SCADA系統(tǒng)的設各檢驗工作結合起來進行。系統(tǒng)調試是安裝后投入運行前對軟件、硬件的綜合性的最終檢查。

18、,,②可以充分利用制造廠提供的故障檢查流程圖和故障診斷表。,,故障的診斷和處理過程,,,,故障的位置及處理,,故障的CRT顯示,,SCADA系統(tǒng)能及時對掛在總線上的各回路進行周期診斷。通過檢查如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，其內容就被編成代碼，經(jīng)由總線的操作站傳遞信息，從而在CRT上顯示和報告故障發(fā)生的位置。通過CRT了解故障情況后，應進一步通過機、柜的有關插卡上的一系列發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)，查詢不正常狀態(tài)的故障內容。插卡外部的故障則要逐步檢查分析。,,常用的故障定位方法,,①直接判斷法 根據(jù)故障現(xiàn)象、范圍、特點以及故障發(fā)生的記錄，直接分析、判斷產(chǎn)生的原因和故障部位，查出故障。,,②外部檢查法 對一些明顯

19、的有外表特征的故障，通過外觀檢查，判斷故障部位，如插頭松動、斷線、碰線、短路、元件發(fā)熱燒壞、虛焊、脫焊等等。有的故障，特別是暫時性的故障，可以通過人為搖動、敲擊來發(fā)現(xiàn)。,,,③替換對比法 對有懷疑的故障部件，用備件或同樣的插卡部件、元件進行替換，或相互比較。但要注意，替換前，要先分析排除一些危害性故障，如電源異常、負載短路等引起元件損壞的故障，若不先行排除，則替換上的插件會繼續(xù)損壞。,,④分段查找法 當故障范圍不明時，可對故障相關的部件、線路進行分段。逐段分析檢查、測試或替換。,,,⑤隔離法 可與分段查找法配合使用。將某些部件或線路暫時斷開，觀察故障現(xiàn)象變化情況，逐步縮小懷疑對象。,,,

20、7.3 SCADA系統(tǒng)的故障診斷,,SCADA系統(tǒng)在長輸管線工程的廣泛應用，使可靠性、穩(wěn)定性問題更加突出，也使人們對整個系統(tǒng)要求越來高，人們希望SCADA系統(tǒng)盡量少出故障，又希望SCADA系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，能盡快診斷出故障部位位，并盡快修復，使系統(tǒng)重新工作。下面簡單介紹故障大體分類及故障診斷的一般方法。,,7.3.1 SCADA系統(tǒng)故障的分類,,現(xiàn)場儀表設備故障,,,系統(tǒng)故障,,,硬件故障,,,軟件故障,,,操作、使用不當造成故障,,,現(xiàn)場儀表設備故障,,現(xiàn)場儀表設備包括與生產(chǎn)過程直接聯(lián)系的各種變送器、各種開關、執(zhí)行機構、負載等。現(xiàn)場儀表設備發(fā)生故障，直接影響SCADA系統(tǒng)的控制功能。在目

21、前的SCADA控制系統(tǒng)中，這類故障占絕大部分。這類故障一般是由于儀表設備本身的質量和壽命所,,,系統(tǒng)故障,這是影響系統(tǒng)運行的全局性故障。系統(tǒng)故障可分為固定性故障和偶然性故障。如果系統(tǒng)發(fā)生故障后可重新啟動，使系統(tǒng)恢復正常，則可認為是偶然性故障。相反，若重新啟動不能恢復，而需要更換硬件或軟件，系統(tǒng)才能恢復，則可認為是固定性故障。這種故障一般是由系統(tǒng)設計不當或系統(tǒng)運行年限較長所致。,,硬件故障,,這類故障主要指SCADA系統(tǒng)中的模板(特別是I／O模扳)損壞造成的故障。這類故障一般比較明顯且影響的也是局部的，它們主要是由使用不當或使用時間較長，模板內元件老化所致。,,軟件故障,,這類故障是軟件本身所包

22、含的錯誤所引起的。軟件故障又可分為系統(tǒng)軟件故障和應用軟件故障。系統(tǒng)軟件是SCADA系統(tǒng)帶來的，若設計考慮不周，在執(zhí)行中一旦條件滿足就會引發(fā)故障，造成停機或死機等現(xiàn)象。此類故障并不常見。應用軟件是用戶自己編定的。在實際工程應用中，由于應用軟件工作復雜，工作量大，因此軟件錯誤幾乎難以避免，這就要求在SCADA系統(tǒng)調試及試運行中十分認真，及時發(fā)現(xiàn)井解決。,,操作、使用不當造成故障,,在實際運行操作中，有時會出現(xiàn)SCADA系統(tǒng)某功能不能使用或某控制部分不能正常工作，但實際上SCADA系統(tǒng)并沒有毛病，而是操作人員操作不熟練或操作人員操作錯誤所引起的。這對于初次使用SCADA系統(tǒng)的操作工較為常見。,,7.

23、3．2 故障的分析診斷,SCADA系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，正確分析和診斷故障發(fā)生的部位是當務之急。故障的診斷就是根據(jù)經(jīng)驗，參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象，來確定故障的部位和原因。這種診斷方法因SCADA系統(tǒng)產(chǎn)品不同而有一定差別。,,,SCADA系統(tǒng)故障診斷步驟,,①是否為使用不當引起的故障。這類故障常見的有供電電源錯誤、端子接線錯誤、模板安裝錯誤、現(xiàn)場操作錯誤等。,,②是否為SCADA系統(tǒng)操作錯誤引起的故障。這類故障常見的有某整定參數(shù)整定錯誤、某設定狀態(tài)錯誤造成的。,,③確認是現(xiàn)場儀表設備故障還是SCADA系統(tǒng)故障。若是現(xiàn)場一次儀表故障，修復相應現(xiàn)場儀表。,,,④若是SCADA系統(tǒng)本身的故障，應確認是硬件毛病或是軟件故障。,,⑤若是硬件故障，找出相應硬件部位，更換模板。,,⑥若是軟件故障，還應確認是系統(tǒng)軟件或是應用軟件故障。,,⑦若是系統(tǒng)軟件有故障，可重新啟動看能否恢復，或重新裝載系統(tǒng)軟件重新啟動。,,⑧若是應用軟件故障，可檢查用戶編寫的程序和組態(tài)的所有數(shù)據(jù)，找出故障原因。,,⑨利用SCADA系統(tǒng)的自診斷測試功能，SCADA系統(tǒng)的各部分都設計有相應的自診斷功能，在系統(tǒng)發(fā)生故障時一定要充分利用這一功能，來分析和判斷故障的部位和原因。,,謝謝大家！,西南石油大學電子信息工程學院,,青小渠,,2007.12,,