摘  要：本文介紹了我廠JX-300X控制系統遭受雷擊后充分利用現有的設備條件，靈活運用該系統硬件故障判斷技術，結合實際工作中摸索出的技巧，較好地判斷出故障卡件存在的位置，在不停機的情況下成功處理DCS雷擊故障。

　　關鍵詞：DCS卡件 雷擊 分析 處理

　　1 引言

　　我廠老區2#制氧機于2003年9月建成投產，DCS控制系統采用的是中控技術公司的JX-300X控制系統。該系統自投運以來，運行情況一直較好，但自2006年后，系統先后遭受兩次雷擊事故，嚴重威脅到了制氧機的安全、穩定運行。本文介紹了我廠JX-300X控制系統遭受雷擊后充分利用現有的設備條件，靈活運用該系統硬件故障判斷技術，結合實際工作中摸索出的技巧，較好地判斷出故障卡件存在的位置，在不停機的情況下成功處理DCS雷擊故障。

　　2 雷擊事故現象與處理

　　2006年6月28日、7月7日，我廠2#制氧機DCS控制系統曾兩次遭受雷擊。工藝人員檢查現場設備均未停機，且各現場工藝參數均較正常，但大部分參數不能正常操作調節。

　　2.1儀控檢查

　　DCS控制系統1#機柜硬件故障診斷畫面顯示2#地址主控卡（SP243X）的I/O控制器故障，所有機籠通訊全部中斷，數據轉發卡（SP233）全部閃紅燈，控制系統檢測點數據全部保持，共損壞12塊卡件，含數據轉發卡（SP233）8塊、主控卡1塊，還有模擬量輸入卡（SP313），模擬量輸入卡均分布在1#機柜第一個機籠。同時現場有2個變送器損壞：其中1個為高壓氮氣壓力，1個為中壓氮氣壓力，1個測點位置在離中央控制室 150m 處供氣調配室，另1測點位置在離中央控制室 100m 處中壓氮氣總管附近。

　　2.2故障判斷

　　2.2.1 1#機柜控制系統通訊已全部中斷，數據全部保持。主要是由于數據轉發卡（SP233）的故障導致機籠與機籠之間、機籠與主控卡（SP243X）之間通訊中斷造成（總線故障可能性較小）。

　　2.2.2 2#地址主控卡（SP243X）的I/O控制器故障報警可能是主控卡（SP243X）故障造成。

　　2.2.3 因JX-300X控制系統具有主控卡（SP243X）冗余工作、數據轉發卡（SP233）冗余工作、模擬量輸入卡（SP313）保持等特點，使DCS控制系統在遭受雷擊時未導致現場儀控部分動作，從而未造成現場停機。

　　2.3 應急處理措施

　　2.3.1 根據現場設備均未停機，且各現場工藝參數均還正常的情況，應快速恢復儀控DCS投用，避免工藝原因被迫人工停機，我們采取了從2#機柜將數據轉發卡（SP233）（每個機籠取1塊）轉移到1#機柜相同機籠的備用數據轉發卡（SP233）位置的措施（轉移的是第一機籠），我們發現第一機籠的通訊已建立，類推換下其他機籠卡件，發現在硬件故障診斷畫面仍有部分數據轉發卡（SP233）閃紅燈，觀察發現后面換上去的數據轉發卡均處于工作狀態（1#機柜未被替換下的數據轉發卡處于備用狀態），我們試著把未被替換下的數據轉發卡全部拔出，最后發現基本通訊已建立。

　　2.3.2 根據故障模擬量輸入卡（SP313）發現，損壞的為控制系統1#機柜第一機籠的13#、14#卡件，且這2塊卡件（共8點信號）其中的7點信號都在同一根信號電纜內，另一點位置單獨在一屏蔽電纜內（離中央控制室 100m 處中壓氮氣總管附近）。雷擊可能是從這根信號電纜串入。

　　3 雷擊事故分析與預防措施

　　3.1 故障卡件維修報告分析

　　主控卡（SP243X）：

　　更換卡件內DS75176BN（U13）DIP模塊。卡件故障分析：卡件通訊接口電路有強信號接入，造成卡件故障，不能正常工作。

　　數據轉發卡（SP233）：

　　更換卡件內DS75176BN（U9）DIP模塊。卡件故障分析：卡件通訊接口電路有強信號接入，造成卡件故障，不能正常工作。

　　模擬量輸入卡（SP313）：

　　更換卡件內SCB434（B1,B2），FU120N（T7,T8），MC14019BCP（U6），18V穩壓二級管（Z1,Z2,Z3,Z4），TLP521-2（U5,U22）。卡件輸入端有強信號串入，導致卡件上的各通道芯片被擊穿或燒壞，造成無法正常工作，卡件上元器件特別是集成電路基本上全部損壞。

　　由此可以斷定DCS控制系統遭受雷擊的主要原因是：感應電流通過I/O信號（燒毀模擬量輸入卡（SP313）連接的信號電纜的模擬信號）進入控制系統，造成卡件損壞。  

圖 現場電纜敷設與防雷引下線距離較小

　　3.2 裝置周邊環境及工程環境的影響

　　3.2.1 本裝置的主體設備設置在一個獨立的南北方向矩形建筑物內，邊長約為20m×12m，建筑物為鋼筋混凝土框架結構，主體分為兩層半。建筑物東面為一約60m高的空分塔，塔上設置有避雷針，以空分塔建筑內結構鋼筋為引下線。控制室位于框架二樓。該建筑物同空分塔均處于山谷內，容易遭受雷擊。

　　3.2.2 外部I/O電纜敷設不規范。

　　從防雷的角度，要求外部I/O電纜的敷設需遵循I/O電纜的走線橋架必須采用金屬材質，和I/O電纜的走線橋架必須和建筑物的防直擊雷的引下線保持大于300mm的距離，且信號線和動力線不能在同一橋架內。

　　3.2.2 .1 I/O電纜的走線橋架未采用金屬材質，而是塑料橋架。

　　I/O電纜的敷設需遵循I/O電纜的走線橋架必須采用金屬材質，且橋架之間必須要用銅編織帶保持良好的電氣連接，金屬橋架必須每隔30m設一個接地點。而本裝置未采用金屬材質的橋架，同時有小部分I/O電纜敷設在橋架外，這部分電纜極易接收遭受雷電放電時產生的強大的脈沖電磁場，在信號線上感應數以千伏計的浪涌電壓，并通過卡件形成電流回路，擊壞相應的卡件通道或公共電路。

　　3.2.2 .2 I/O電纜的走線橋架和建筑物的防直擊雷的引下線未大于300mm的距離。

　　I/O電纜的走線橋架和建筑物的防直擊雷的引下線應保持大于300mm的距離。因為雷云放電時，引下線中的雷電流通過近場的電感性耦合，會在附近的金屬線纜上感應出數以千伏的浪涌電壓。

　　3.2.2 .3 現場廠房一層配電室內部分信號電纜和動力電纜在同一橋架內。

　　為確保信號電纜傳輸信號的真實性、可靠性，且不易感應電流，現場廠房一層配電室內部分信號電纜和動力電纜不能在同一橋架內。

　　3.3 整改與預防

　　3.3.1 供氣調配室至DCS的屏蔽信號電纜應與防雷引下線距離為300mm。

　　3.3.2 供氣調配室至DCS的屏蔽信號電纜上方1000mm處安裝避雷帶，且該避雷帶與防雷引下線連通。

　　3.3.3 在供氣調配室至DCS的模入信號及中壓氮壓力信號均加裝SPD電涌保護器。

　　3.3.4 現場廠房一層配電室內部分信號電纜和動力電纜分成兩個橋架，且橋架保持一定距離。

　　4 結束語

　　JX-300X控制系統遭受雷擊后，在不停機的情況下能成功處理DCS雷擊故障，快速恢復正常生產。從自動化角度看，這是JX-300X控制系統大規模硬件故障自己實踐處理的一次嘗試，更是DCS控制系統應用的一次深入。JX-300X控制系統大規模硬件故障在不停機的情況下成功得以解決，充分體現了“服務主體，服務操作”的原則，為工藝、設備、生產等方面帶來了便捷，從而為實現制氧機的安全、穩定、經濟運行作出了突出貢獻，為更大程度上保障企業用氣提供了堅實的基礎。