化工儀表自動控制系統(tǒng)故障與維護(hù)技術(shù)

上海自儀公司總結(jié)了化工生產(chǎn)中溫度、壓力、液位、流量控制儀表的常見故障及判定方法，介紹了計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)和冗余技術(shù)對化工自動化儀表的維護(hù)作用。

近年來，隨著控制技術(shù)的快速發(fā)展，化工產(chǎn)業(yè)不斷地升級改造，自動化程度越來越高。為滿足企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需要，化工儀表控制系統(tǒng)也在不斷升級改進(jìn)，一個(gè)完整的化工儀表自動控制系統(tǒng)包括很多控制儀表和設(shè)備，如溫度控制儀表、壓力控制儀表、液位控制儀表、流量控制儀表、在線分析儀表、有毒有害可燃報(bào)警儀表、調(diào)節(jié)閥等。

1 化工儀表自動控制系統(tǒng)的常見故障

1． 1 溫度控制儀表故障

化工生產(chǎn)中，溫度是關(guān)鍵指標(biāo)之一，因此溫度的測量尤為重要?；どa(chǎn)中常見的溫度儀表有熱電偶、熱電阻、溫度變送器等。溫度控制儀表常會發(fā)生以下兩種類型的故障:①系統(tǒng)故障。系統(tǒng)內(nèi)部元件存在使用功耗，當(dāng)溫度控制儀表出現(xiàn)故障時(shí)，會出現(xiàn)錯(cuò)誤顯示。②測量故障。即發(fā)生在測量元件上或者測量回路上的錯(cuò)誤?；どa(chǎn)中如果因?yàn)闇囟葴y量儀表顯示錯(cuò)誤導(dǎo)致生產(chǎn)波動，突然變化的物料流量產(chǎn)生的沖擊就會損壞測量元件，系統(tǒng)顯示斷線或報(bào)錯(cuò)。

當(dāng)出現(xiàn)上述錯(cuò)誤提示時(shí)，可以通過以下方法進(jìn)行研判:①根據(jù)控制系統(tǒng)顯示的位置信息找到溫度控制儀表在控制柜的接線端子，解下溫控儀表線路，用萬用表進(jìn)行初步測量，將測量值與系統(tǒng)提示信息進(jìn)行對比，若測量值波動大，出現(xiàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際不符合，可以初步判斷故障位置為溫度測量元件或測量回路。②若溫度控制儀表出現(xiàn)震蕩并呈周期性變化，就要考慮溫度控制儀表傳輸線路周邊存在動力電纜或者變頻器的干擾。③若溫度控制儀表出現(xiàn)現(xiàn)場測量值比實(shí)際值大，就要考慮溫度控制儀表傳輸線是否配套或者顯示儀表與測量儀表是否配套。

1． 2 壓力控制儀表故障

化工生產(chǎn)中，尤其是危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)過程中，常伴有高溫、高壓、有毒、有害等條件，壓力往往是系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控的重要參數(shù)。以智能壓力變送器為代表的壓力控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)中，智能壓力變送器的使用極大地方便了操作人員對生產(chǎn)進(jìn)程的把控。壓力控制系統(tǒng)常見故障為現(xiàn)場壓力故障和運(yùn)行系統(tǒng)故障，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)要考慮是現(xiàn)場故障還是系統(tǒng)故障，并要核驗(yàn)現(xiàn)場壓力顯示和系統(tǒng)顯示是否一致。系統(tǒng)顯示錯(cuò)誤、現(xiàn)場儀表顯示正常時(shí)就要考慮系統(tǒng)故障，可嘗試重啟系統(tǒng)?，F(xiàn)場智能變送器常出現(xiàn)的故障是輸出顯示為零，此時(shí)可以考慮電源線是否接反或者電源電壓是否滿足 24 V DC，也可能是電子線路板損壞。

1． 3 液位控制儀表故障

液位控制儀表是化工自動化控制系統(tǒng)中重要的組成部分，常見的液位控制儀表有雙法蘭液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)。

(1)當(dāng)液位控制儀表顯示值出現(xiàn)非常大或者非常小時(shí)，就需要進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，比對現(xiàn)場液位計(jì)與遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)是否處于正常變化范圍?，F(xiàn)場手動進(jìn)行液位調(diào)節(jié)，若液位不隨手動變化而變化，就說明液位控制系統(tǒng)中存在故障點(diǎn);若數(shù)據(jù)變化但不存在線性關(guān)系或者符合某種規(guī)律，則現(xiàn)場液位控制儀表存在故障點(diǎn)，具體可根據(jù)現(xiàn)場安裝的儀表測量方式和儀表類型進(jìn)行處理。

(2)當(dāng)液位控制儀表顯示值不變化，并且不顯示斷線時(shí)，須考慮儀表是否損壞。如常用的雙法蘭液位計(jì)，關(guān)閉液位計(jì)上下法蘭根部閥，拆下固定螺栓膜片，全部暴露在大氣環(huán)境下，液位數(shù)值仍不變化，就要考慮以下兩種情況:①液位計(jì)變送部分的電路板損壞，可嘗試更換電路板;②若更換電路板仍不解決問題就要考慮是高低壓側(cè)膜片或毛細(xì)管同時(shí)損壞，這種情況需要更換儀表，重新設(shè)定儀表參數(shù)。

(3)采用雷達(dá)液位計(jì)測量物位時(shí)，當(dāng)現(xiàn)場物位恒定，但被測物料表面有擾動時(shí)，測量值呈現(xiàn)不規(guī)則跳動，就要考慮信號傳輸是否被干擾，若是物料表面產(chǎn)生的擾動減弱了信號的強(qiáng)度，維修人員應(yīng)啟用近場抑制功能，適當(dāng)增大輸出阻尼，以抑制干擾。

1． 4 流量控制儀表故障

一般來說，系統(tǒng)的流量參數(shù)突然發(fā)生變化引發(fā)的故障屬于流量控制系統(tǒng)故障。若流量控制儀表顯示值為非常小值或者無顯示值，就需要進(jìn)現(xiàn)場檢查儀表，如果現(xiàn)場工藝設(shè)備沒有異常，就可確定為控制儀表故障。以差壓式流量計(jì)為例，當(dāng)指示值為零或者移動很小就要考慮以下 3 種情況:①平衡閥未全部關(guān)閉或泄漏，可關(guān)閉平衡閥，修理或換新即可;②節(jié)流裝置根部高低壓閥未打開，則打開根部閥即可;③節(jié)流裝置至差壓計(jì)間閥門、管路堵塞，則沖洗管路，修復(fù)或換閥;④蒸汽導(dǎo)壓管未完全冷凝，冷凝水未充滿取壓管，可待完全冷凝后開表;⑤節(jié)流裝置和工藝管道間襯墊不嚴(yán)密，須擰緊螺栓或換墊。當(dāng)流量波動大，顯示值穩(wěn)定性差時(shí)，就要加強(qiáng)現(xiàn)場管理，適當(dāng)關(guān)小流量控制儀表前后閥門，減少因流量參數(shù)本身波動太大造成的測量誤差;如果關(guān)小閥門無效，就要考慮測壓元件是否對參數(shù)波動過于敏感，此時(shí)可適當(dāng)調(diào)整阻尼作用，以實(shí)現(xiàn)流量的精確控制。

2 防止控制系統(tǒng)故障的技術(shù)

2． 1 計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)

CENTUM CS 3000(簡稱 CS 3000)是適用于大、中型石油化工過程控制的 DCS 產(chǎn)品。HIS 是CS 3000 系統(tǒng)的操作站，使用 Windows NT /2000/XP/Vista 操作系統(tǒng)，用于完成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和過程操作。在 CS 3000 系統(tǒng)中，若控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會及時(shí)發(fā)出報(bào)警并做好故障記錄，為查詢故障點(diǎn)解決故障提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。CS 3000 系統(tǒng)中，報(bào)警分為過程報(bào)警、系統(tǒng)報(bào)警和操作指導(dǎo) 3 類。每種報(bào)警都有單獨(dú)的顯示窗口，當(dāng)儀表控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，儀表維修人員能夠根據(jù)HIS 提供的報(bào)警信息對故障進(jìn)行研判，并采取相應(yīng)的措施消除故障，盡快恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高儀表維護(hù)工作效率，保證生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、有序進(jìn)行。

2． 2 冗余技術(shù)

在化工儀表自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行中，冗余技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了系統(tǒng)的安全性和可操作性，冗余技術(shù)包含以下內(nèi)容。

2． 2． 1 硬件冗余

用多個(gè)相同的模塊或者部件并聯(lián)在一起，在熱備用工作方式下，其中一塊處于工作狀態(tài)(工作卡)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、控制輸出、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能;而另外一塊處于備用狀態(tài)(備用卡)，它實(shí)時(shí)跟蹤工作卡的內(nèi)部控制狀態(tài)(即狀態(tài)同步)。工作/備用卡件之間的正/負(fù)邏輯是互斥的，即一個(gè)是工作卡，另外一個(gè)一定是備用卡;而且它們之間有冗余的控制電路(又稱工作/備用控制電路)和信息通訊電路，以協(xié)調(diào)兩塊卡件同時(shí)且有序的運(yùn)行，保證輸入、輸出特性的同一性。現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展推動了冗余技術(shù)的升級，冗余技術(shù)具有在線故障檢測技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)、故障定位、故障隔離和人機(jī)界面故障報(bào)警。故障檢測包括電源、微處理器、數(shù)據(jù)通訊鏈路、數(shù)據(jù)總線及 I/O 狀態(tài)等。其中，故障診斷包括故障自診斷和故障互檢(工作、備用卡件之間的相互檢查)，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)無擾動自行切換。冗余技術(shù)一方面有助于運(yùn)行維護(hù)人員對系統(tǒng)故障進(jìn)行研判，便于及時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，消除故障點(diǎn);另一方面提高了系統(tǒng)的可靠性，為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)做出重要貢獻(xiàn)。

2． 2． 2 軟件多重冗余的邏輯表決

表決指冗余系統(tǒng)用多數(shù)原則確定結(jié)論的過程和方法。對于同一種介質(zhì)的測量，安裝 2 塊或者 2 塊以上儀表分別測量，將數(shù)據(jù)分別送冗余系統(tǒng)進(jìn)行表決，以確定系統(tǒng)執(zhí)行狀態(tài)，冗余表決的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了非必要設(shè)備聯(lián)鎖動作對生產(chǎn)造成的影響。常見的表決方式有二選一表決邏輯(1oo2)、二選二表決邏輯(2oo2)、三選一表決邏輯(1oo3)、三選二表決邏輯(2oo3)。以三選二表決邏輯為例，正常時(shí)，3 塊控制儀表的狀態(tài)都顯示為 1，只要其中任意 2 個(gè)控制儀表組合信號同時(shí)為 0 時(shí)，表決器就會命令執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)鎖動作。三選二表決邏輯是比較合理的選擇，它能克服二重化系統(tǒng)不辨真?zhèn)蔚娜毕?，任一通道不管發(fā)生什么故障，系統(tǒng)通過表決后可以照常工作，使其安全性和可用性保持在合理的水平。

3 結(jié)語

化工儀表自動控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用對實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)、解放勞動力、安全有效防范生產(chǎn)事故的發(fā)生具有重要意義。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，化工控制表的不斷升級改造，儀表控制系統(tǒng)的故障點(diǎn)也越來越多，上海自儀公司只有從基礎(chǔ)的故障入手，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，主動學(xué)習(xí)新技術(shù)，對于遇到的新問題吃透、摸透，才能更好地勝任儀表維護(hù)工作，將故障消除于萌芽階段，確保化工儀表控制系統(tǒng)的有序運(yùn)行。