［摘 要］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(duì)化工自動(dòng)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(jí)改造，自動(dòng)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(jí)改進(jìn)，一個(gè)完整的化工儀表自動(dòng)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(dòng)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(cè)量尤為重要。化工生產(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(huì)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(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤顯示。②測(cè)量故障。即發(fā)生在測(cè)量元件上或者測(cè)量回路上的錯(cuò)誤。化工生產(chǎn)中如果因?yàn)闇囟葴y(cè)量儀表顯示錯(cuò)誤導(dǎo)致生產(chǎn)波動(dòng)，突然變化的物料流量產(chǎn)生的沖擊就會(huì)損壞測(cè)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(cè)量，將測(cè)量值與系統(tǒng)提示信息進(jìn)行對(duì)比，若測(cè)量值波動(dòng)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(cè)量元件或測(cè)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(dòng)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(chǎng)測(cè)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(cè)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(duì)生產(chǎn)進(jìn)程的 把控。壓力控制系統(tǒng)常見故障為現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)故障還是系統(tǒng)故障，并要核驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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)。現(xiàn)場(chǎng)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
(1)當(dāng)液位控制儀表顯示值出現(xiàn)#大或者#小時(shí)，就需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)與遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)是否處于正常變化范圍。現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)進(jìn)行液位調(diào)節(jié)，若液位不隨手動(dòng)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(chǎng)液位控制儀表存在故障點(diǎn)，具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的儀表測(cè)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(cè)量物位時(shí)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)物位恒定，但被測(cè)物料表面有擾動(dòng)時(shí)，測(cè)量值呈現(xiàn)不規(guī)則跳動(dòng)，就要考慮信號(hào)傳輸是否被干擾，若是物料表面產(chǎn)生的擾動(dòng)減弱了信號(hào)的強(qiáng)度，維修人員應(yīng)啟用近場(chǎng)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#小值或者無顯示值，就需要進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)檢查儀表，如果現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(dòng)大，顯示值穩(wěn)定性差時(shí)，就要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)太大造成的測(cè)量誤差;如果關(guān)小閥門無效，就要考慮測(cè)壓元件是否對(duì)參數(shù)波動(dòng)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que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(huì)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)警都有單好的顯示窗口，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(duì)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(dòng)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(dòng)了冗余技術(shù)的升級(jí)，冗余技術(shù)具有在線故障檢測(cè)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(cè)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(dòng)自行切換。冗余技術(shù)一方面有助于運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行研判，便于及時(shí)對(duì)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(duì)于同一種介質(zhì)的測(cè)量，安裝 2 塊或者 2 塊以上儀表分別測(cè)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(dòng)作對(duì)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(hào)同時(shí)為 0 時(shí)，表決器就會(huì)命令執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)鎖動(dòng)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)蔚娜毕荩我煌ǖ啦还馨l(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(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)、解放勞動(dòng)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，化工控制儀表的不斷升級(jí)改造，儀表控制系統(tǒng)的故障點(diǎn)也越來越多，只有從基礎(chǔ)的故障入手，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)學(xué)習(xí)新技術(shù)，對(duì)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。
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