儀表維護(hù)中模擬量的常見故障分析

何曉云 肖琦

摘要：本文針對延安石油化工廠120萬噸/年重整、140萬噸/年柴油加氫、20萬噸/年聚丙烯、汽柴油精制等主裝置及輔助裝置儀表系統(tǒng)在裝置調(diào)試及日常維護(hù)中所出現(xiàn)的模擬量故障進(jìn)行分析總結(jié)，希望可以從中汲取一些有益的經(jīng)驗，以便在儀表的日常維護(hù)及檢修中能夠更快的進(jìn)行故障處理，從而提高控制系統(tǒng)及儀表的安全性、穩(wěn)定性、可靠性、實用性和經(jīng)濟(jì)性，保證裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);儀表調(diào)試;故障;模擬量

一 引言

延安石油化工廠的儀表控制系統(tǒng)選用了橫河電機(jī)新一代的生產(chǎn)綜合控制系統(tǒng)CENTUM-CS3000、CENTUM-VP，該DCS系統(tǒng)由CPU、過程I/O模塊、通訊網(wǎng)絡(luò)和操作站組成。其中過程I/O模塊主要完成模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換;CPU是DCS的核心部件，是完成PID為主要功能的過程控制;操作站是人機(jī)接口單元，使人員達(dá)到監(jiān)控和管理生產(chǎn)過程的目的;通訊網(wǎng)絡(luò)是控制器與操作站之間的紐帶。

通過檢測變送單元將現(xiàn)場工藝參數(shù)（壓力、流量、溫度、物位、成分等）轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入I/O卡件并做相應(yīng)處理后送入CPU，經(jīng)過程序計算處理后，在操作站上進(jìn)行顯示，同時工藝操作人員按控制要求將參數(shù)通過操作站控制自控閥等設(shè)備，從而調(diào)節(jié)被控對象以達(dá)到控制目的。

二.常見故障分析

1.模擬輸入量（AI）的常見故障：

該信號主要來源于現(xiàn)場變送器（壓力、流量、物位、差壓、分析等）、溫度元件（熱電偶、熱電阻）等。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)的使用更加廣泛，測量儀表日新月異，測量對象更為繁雜，此類故障在調(diào)試及日常維護(hù)中發(fā)生最多，是發(fā)生原因復(fù)雜、處理難度較高的故障之一。經(jīng)過初步統(tǒng)計，遇到的故障主要有如下原因：

1、儀表線路原因：1）安全柵電源配置、接地不合規(guī)范;2）熱電偶電纜沒有使用補(bǔ)嘗端子或補(bǔ)償電纜選型錯誤;3）信號接地、屏蔽接地電阻過大;4）強(qiáng)弱電纜線未按規(guī)范進(jìn)行隔離;5）現(xiàn)場信號、安全柵、卡件、端子板接線錯誤;6）信號線路接地、短路、斷路等本身故障。

2、現(xiàn)場測量元件原因：1）測量元件本身的選型或量程選擇錯誤;2）變送器的取源部位錯誤;3）引壓管至變送器的正負(fù)壓室接反、堵塞;4）現(xiàn)場安裝不符合規(guī)范;5）孔板安裝方向錯誤;6）測量元件本身故障。

3、控制系統(tǒng)原因：1）電源配置不當(dāng);2）安全柵故障;3）安全柵、DCS回路組態(tài)錯誤;4）I/O卡件跳線錯誤;5）冗余I/O卡件跳線不一致;6）I/O卡件通道精度誤差或損壞。

典型故障分析舉例：

1.1? 熱電阻/熱電偶顯示異常

此種故障現(xiàn)象相對明了，環(huán)節(jié)較少，處理也相對容易。故障多為接線箱、接線柜、安全柵、AI卡件、接線問題等。產(chǎn)生原因多為設(shè)計、組織施工協(xié)調(diào)不當(dāng)，造成熱電阻公共端彼此不對應(yīng)，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線不匹配，安全柵接線錯誤、AI卡件通道連接不正確，組態(tài)時熱電偶、熱電阻類型選擇與現(xiàn)場不對應(yīng)，溫度變送器接線、設(shè)置不正確，造成DCS指示異常。保證該點的物理位置與控制方案位號對應(yīng)非常重要，應(yīng)絕對避免混點發(fā)生。需逐點校驗常用方法為：開路法和短路法。

曾發(fā)生DCS溫度與現(xiàn)場溫度不符的情況。我們首先檢查溫度元件的選型、插深、補(bǔ)償導(dǎo)線選型、現(xiàn)場至機(jī)柜室線路、安全柵接線、卡件接線均無異常;然后再檢查DCS組態(tài)正確，卡件的工作也正常。那么判斷該故障應(yīng)為溫度轉(zhuǎn)換式安全柵的錯誤引起，檢查該安全柵的接線、電源均正常。用萬用表測量安全柵輸入和輸出信號，發(fā)現(xiàn)輸入mV值與輸出mA值不對應(yīng)，判斷應(yīng)該是安全柵組態(tài)與DCS組態(tài)不相符引起的，檢查并修改安全柵組態(tài)后溫度顯示正常。

此種故障特點是：成批量錯誤，發(fā)現(xiàn)容易。該故障一般在新裝置的開車調(diào)試過程中和更換儀表后容易遇到。

1.2 現(xiàn)場變送單元與智能終端無法通訊

此種故障多為用375手持終端加信號進(jìn)行回路檢查時無法連接現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場檢查多為沒有電源，DCS多顯示開路，也有DCS顯示回路正常但仍無法連接現(xiàn)場設(shè)備的情況。在實際工作中常常是根據(jù)系統(tǒng)特點、個人經(jīng)驗、施工情況等做一些技巧性處理。此種故障點易出現(xiàn)在端子板、端子箱、AI卡件以及安全柵等處，變送單元本身的故障也偶有發(fā)生。

裝置儀表維護(hù)中常見的此類故障現(xiàn)象是模擬量回路中最常見的故障之一，這種故障原因多為線路故障，但偶發(fā)故障及系統(tǒng)軟故障判斷困難，處理過程比較繁瑣。一般來說，要先判斷該故障是現(xiàn)場還是室內(nèi)引起的，然后再根據(jù)實際作出下一步的判斷。

1.3 現(xiàn)場信號與操作站指示不對應(yīng)

此種故障多為儀表內(nèi)部設(shè)置和DCS組態(tài)問題等軟故障，偶見儀表故障。具體表現(xiàn)在：零點、量程和工程單位是否一致、是否遷移、是否累積、是否流量開方、是否小信號切除、儀表輸出線路板故障等。

2.模擬輸出量（AO）常見故障

此類信號為控制系統(tǒng)控制工藝的直接環(huán)節(jié)，也是工藝人員經(jīng)常操縱和改變的變量，其品質(zhì)的好壞直接影響工藝指標(biāo)，關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量。此類信號控制的現(xiàn)場設(shè)備一般包括控制閥、擋板、變頻器、調(diào)速器等。由于閥的種類繁多，性能差異也很大，故閥的選型對控制系統(tǒng)影響尤為重要。在調(diào)試過程中出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)與模擬輸入量相似，難易程度相似，處理方式也基本相同。此類故障主要發(fā)生在閥門本體、氣路部分、閥門附件，因此系統(tǒng)調(diào)試前的單體調(diào)試是不可缺少的步驟。常見的故障現(xiàn)象有：DCS有輸出，但是閥門不動作;閥門動作緩慢;DCS輸出值與閥位不對應(yīng)或輸出值動作方向與閥要求動作方向相反等。故障原因除上面模擬量輸入所屬的各環(huán)節(jié)及組態(tài)外，還有以下原因：1、電磁閥無電源或故障;2、閥門定位器故障;3、氣路及氣路附件故障;4、調(diào)節(jié)閥本體如閥體、閥桿、閥芯、膜片等故障。

典型故障分析舉例：

2.1 當(dāng)MV值為0時，定位器失電

在裝置開工調(diào)試過程和新增控制回路調(diào)試時經(jīng)常遇到調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，定位器失電，閥門無法打開的情況。經(jīng)檢查回路設(shè)備及接線均正常。在檢查DCS組態(tài)時發(fā)現(xiàn)模塊中默認(rèn)設(shè)置當(dāng)輸出為0%時，實際按-17.19%進(jìn)行輸出，電流為1.25mA;當(dāng)輸出為100%時，實際按106.25%進(jìn)行輸出，電流為21mA。而西門子智能定位器在1.25mA時不能工作，會出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。在CS3000系統(tǒng)內(nèi)，為了保證閥門能關(guān)死和滿開，設(shè)置了關(guān)死和滿開功能。在組態(tài)中將-17.19%改為-1%或0%即可。

此類故障常發(fā)生在新裝置儀表調(diào)試中，原因查找相對簡單，只要掌握了處理方法，比較容易解決。

三? 裝置開車過程中的儀表故障總結(jié)

本文針對新建裝置儀表調(diào)試及日常維護(hù)中的常見故障及產(chǎn)生的原因進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，對故障的處理和檢查提供了詳細(xì)的思路和方法。隨著新型儀表和智能儀表在裝置中的廣泛應(yīng)用，在開車調(diào)試及日常維護(hù)過程中除了以上比較常見的模擬量的典型故障之外，還會出現(xiàn)更多的非常見故障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王永昌? 新建裝置儀表調(diào)試常見故障分析處理與探討?? 2008

[2] 侯慧姝 劉文興? 化工儀表典型故障分析及處理???? 2011

[3] 日本橫河電機(jī)的CENTUM-CS3000指導(dǎo)手冊