您現(xiàn)在的位置:首頁找資料 > 好文下載 >
淺談儀表控制系統(tǒng)的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行
徐榮剛 中國(guó)石化海南煉油化工有限公司


摘要:目前,儀表控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石油、化工行業(yè),面對(duì)石油化工行業(yè)裝置越來越大型化、復(fù)雜化,對(duì)儀表控制系統(tǒng)的要求也越來越高??刂葡到y(tǒng)作為裝置控制、安全的核心部分,其安全陛、可靠性、長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行,提高控制系統(tǒng)安全、長(zhǎng)周期穩(wěn)定性是儀表工作者的責(zé)任與追求,本文會(huì)從影響控制系統(tǒng)的因素和提高穩(wěn)定運(yùn)行方法兩方面淺談這一問題。
關(guān)鍵詞:儀表:控制系統(tǒng);長(zhǎng)周期;設(shè)計(jì)規(guī)范
 
0引言
    儀表控制系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起和過程控制要求、安全保護(hù)的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng),集合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)等。大型石油化工企業(yè)儀表控制系統(tǒng)一般包含DCS系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)、ITCC系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等,檢測(cè)、常規(guī)控制、復(fù)雜控制等過程控制系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng),獨(dú)立于過程控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)儀表安全功能方面采用安全儀表系統(tǒng),SIS系統(tǒng),大型機(jī)組控制采用ITCC系統(tǒng),小型機(jī)組設(shè)備,順控等采用PLC系統(tǒng)。若將裝置比作一個(gè)身體,那么控制系統(tǒng)就如大腦,儀表設(shè)備是眼睛、四肢,控制系統(tǒng)通過儀表的監(jiān)視、獲取數(shù)據(jù)信息,分析處理、控制、保護(hù)裝置。因此,提高儀表控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定,是裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵部分。
 
1影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素
 
1.1系統(tǒng)自身因素
 
1.1.1控制系統(tǒng)不成熟
    控制系統(tǒng)發(fā)展到成熟是漫長(zhǎng)的過程,任何系統(tǒng)、軟件的研發(fā)不可能十全十美,儀表控制系統(tǒng)需要不斷地升級(jí)更新?lián)Q代,來提高自身穩(wěn)定性。在應(yīng)用過程中,或多或少會(huì)發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)軟件、硬件的不完善、不周到,通常在其系統(tǒng)發(fā)展升級(jí)過程中,逐步完善、解決。在不成熟的、應(yīng)用業(yè)績(jī)少的新控制系統(tǒng)產(chǎn)品中,有存在嚴(yán)重漏洞的可能,威脅著控制系統(tǒng)的正常使用,嚴(yán)重情況會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓、甚至裝置波動(dòng)、停機(jī)。例:本公司DCS系統(tǒng)中,出現(xiàn)過因重裝工作站一個(gè)報(bào)警文件沒有禁用,工作站上線后,搶占了整個(gè)域內(nèi)的過程報(bào)警進(jìn)程,導(dǎo)致全廠DCS過程報(bào)警異常,廠家在后續(xù)的DCS系統(tǒng)升級(jí)過程中,將此BUG解決。
1.1.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題
    控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由設(shè)計(jì)院和廠家共同完成,設(shè)計(jì)深度不足,或廠家為了節(jié)約成本,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)僅滿足基本設(shè)計(jì)要求,選用設(shè)備配置過低,導(dǎo)致系統(tǒng)功能性受限等問題,直接制約著控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。例:本公司MCS系統(tǒng),最初設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)考慮不足,采用單機(jī)版結(jié)構(gòu),在應(yīng)用過程中,各操作站從控制器單獨(dú)取數(shù),數(shù)據(jù)獨(dú)立保存,出現(xiàn)設(shè)定參數(shù)等數(shù)據(jù)不同步問題。因此,在17年大檢修中,將控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更改為服務(wù)器結(jié)構(gòu),徹底解決結(jié)構(gòu)上的不足。
1.1.3控制系統(tǒng)電源
    電源對(duì)控制系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要,電源一旦故障,控制系統(tǒng)將徹底癱瘓。電源元器件必然經(jīng)歷老化過程,將導(dǎo)致電源不穩(wěn)定,甚至損壞;同時(shí)電源的相關(guān)負(fù)荷問題,還包括電源的容量、空開、保險(xiǎn)容量等,控制系統(tǒng)與裝置一同建設(shè)后,裝置技改技措、擴(kuò)能,控制系統(tǒng)擴(kuò)容,電源負(fù)荷逐步偏離原設(shè)計(jì),威脅著控制系統(tǒng)運(yùn)行;另外,電氣供電同樣對(duì)控制系統(tǒng)電源有影響,如電氣供電電壓不穩(wěn),電氣串高壓等情況。
    在本公司一次機(jī)組檢修開工時(shí),曾發(fā)生因電源負(fù)荷問題聯(lián)鎖停機(jī)事故。事故經(jīng)過:ITCC系統(tǒng)一路供電端子,單獨(dú)為機(jī)組振動(dòng)和位移回路安全柵供電,檢修過程中干氣密封改造項(xiàng)目實(shí)施,設(shè)計(jì)未核算電源負(fù)荷問題,新增干氣密封儀表安全柵的供電依舊取自此供電端子,在機(jī)組開機(jī)運(yùn)行7天后,振動(dòng)位移聯(lián)鎖停車,經(jīng)檢查供電端子保險(xiǎn)管熔斷,安全柵全部失電,導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。原因分析:此機(jī)組所使用的安全柵型號(hào)為MTL553l,此振動(dòng)位移安全柵功率約2W,額定電壓為直流24V,根據(jù)功率與電壓、電流關(guān)系,1.25A(供電端子保險(xiǎn)管容量)的供電回路,最多可以有15臺(tái)此類型安全柵,改造中新增AI安全柵后,安全柵總數(shù)量增加到20臺(tái),總電流達(dá)1.25A左右。因此,當(dāng)電流超臨界值后,保險(xiǎn)管過熱熔斷。事故發(fā)生后,第一時(shí)間重新核算負(fù)荷,更換為1.5A保險(xiǎn)管,并新增一路冗余電給安全柵供電。
    2017年本廠聚丙烯裝置風(fēng)送PLC系統(tǒng),電氣高壓串到儀表PLC系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)導(dǎo)致PLC柜中及部分現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備燒毀,風(fēng)送停車。事故經(jīng)過分析:旋閥電機(jī)額定電壓為380V交流電,儀表與電氣之間狀態(tài)信號(hào),使用普通的非屏蔽電纜。旋閥狀態(tài)信號(hào)引自從電氣開關(guān)柜干接點(diǎn)開關(guān)至儀表機(jī)柜內(nèi)繼電器24V線圈,繼電器常開觸點(diǎn)接入PLC系統(tǒng)DI通道端子。PLC機(jī)柜內(nèi)只有一對(duì)冗余24VDC恒流電源,電源給繼電器、PLC系統(tǒng)卡件、現(xiàn)場(chǎng)閥門回訊開關(guān)、轉(zhuǎn)速探頭供電,當(dāng)感應(yīng)高壓電出現(xiàn)后,通過回路直接把高電壓加到24v流電源上,導(dǎo)致24V供電的設(shè)備受高壓沖擊全部燒毀。事故發(fā)生后,信號(hào)電纜全部更換為屏蔽電纜,降低電氣感應(yīng)出現(xiàn)幾率,2017年大檢修改造中,PLC機(jī)柜內(nèi)又增加一對(duì)24V冗余電源,將DI信號(hào)繼電器供電電源與其他24V儀表用電設(shè)備電源分開,避免了感應(yīng)電再度產(chǎn)生時(shí),損毀大批24V儀表設(shè)備。
1.1.4系統(tǒng)硬件使用年限
    控制系統(tǒng)硬件一般包含電源、控制器、系統(tǒng)卡件、通訊設(shè)備、工程師站、操作站等,都是高集成電子元器件,而電子元器件均有使用壽命,通??刂葡到y(tǒng)廠家給出卡件、控制器等硬件使用的指導(dǎo)時(shí)間為10年~12年左右,隨著控制系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行,硬件的故障率將逐步提高,直接影響長(zhǎng)周期運(yùn)行。
 
1.2環(huán)境因素
 
1.2.1溫度、濕度
    溫度對(duì)元器件、電阻、電容、絕緣材料、金屬構(gòu)件均有影響,在超過規(guī)定的工作溫度時(shí),溫度每增加10,元器件的可靠性降低10%,電容的使用時(shí)間將下降50%,同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致電阻器額定功率和絕緣性能的下降。因此,控制系統(tǒng)所處環(huán)境溫度很重要。同樣,濕度也是一樣重要:濕度小,環(huán)境中易產(chǎn)生靜電,靜電釋放的高電壓會(huì)擊穿電子設(shè)備元器件;濕度過大,控制系統(tǒng)所處環(huán)境溫差變化時(shí),易產(chǎn)生凝結(jié)水滴,造成電源短路。
1.2.2接地系統(tǒng)
    控制系統(tǒng)的接地中一般分保護(hù)接地和工作接地,保護(hù)接地(也稱安全接地)是為人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的接地。要求凡控制系統(tǒng)的機(jī)柜、操作臺(tái)、儀表柜、配電柜、繼電器柜等用電設(shè)備的金屬外殼及控制設(shè)備正常不帶電的金屬部分,由于各種原因(如絕緣破壞等)而有可能帶危險(xiǎn)電壓者,均應(yīng)作保護(hù)接地。工作接地包括:儀表信號(hào)回路接地和屏蔽接地,儀表工作接地的原則為單點(diǎn)接地,信號(hào)回路中應(yīng)避免產(chǎn)生接地回路,如果一條線路上的信號(hào)源和接收儀表都不可避免接地,則應(yīng)采用隔離器將兩點(diǎn)接地隔離開。接地系統(tǒng)不符合規(guī)范要求,直接威脅控制系統(tǒng)的安全、運(yùn)行、甚至造成停車事故、人身傷亡。
1.2.3防雷保護(hù)
    控制系統(tǒng)所在建筑環(huán)境需有合格的防雷系統(tǒng),避免控制系統(tǒng)遭受雷擊影響,因雷擊造成控制系統(tǒng)故障,造成裝置停車案例普遍存在。除裝置建筑防雷外,儀表控制系統(tǒng)的防雷保護(hù)還包括儀表設(shè)備的防雷,在石化行業(yè)中,設(shè)備多處于露天環(huán)境,裝置是金屬設(shè)備的集合體,當(dāng)無防雷保護(hù)的儀表設(shè)備遭受雷擊時(shí),雷電會(huì)通過儀表回路直接威脅控制系統(tǒng)的運(yùn)行,后果十分嚴(yán)重。例如,本廠處于多雷雨氣候區(qū)。因此,儀表設(shè)備設(shè)計(jì)均要求具有防雷保護(hù)配置,儀表回路中有浪涌保護(hù)器等防雷要求。
1.2.4干擾
    空間中雷電、無線電、雷達(dá)、變壓器等都屬于干擾源,控制系統(tǒng)所處環(huán)境或者周圍存在干擾源時(shí),影響系統(tǒng)信號(hào)傳輸,系統(tǒng)存儲(chǔ),系統(tǒng)電源穩(wěn)定,對(duì)控制系統(tǒng)元器件會(huì)有損傷,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成控制系統(tǒng)誤動(dòng)作,停運(yùn)。
    控制系統(tǒng)所處環(huán)境的振動(dòng)大,也會(huì)有振動(dòng)干擾,例如現(xiàn)場(chǎng)小機(jī)組的PLC控制系統(tǒng),機(jī)柜選置時(shí)離機(jī)組過近,控制系統(tǒng)處于振動(dòng)干擾環(huán)境中,對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)部接線,元器件的焊點(diǎn)等有不同程度的影響。
1.2.5動(dòng)物影響
    防護(hù)小動(dòng)物是儀表專業(yè)非常重要的工作之一,例如老鼠的啃咬電纜,光纖可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)電源開路或短路,導(dǎo)致通信中斷,現(xiàn)場(chǎng)就地機(jī)柜、接線箱密封不嚴(yán),若壁虎、老鼠、蛇進(jìn)入,動(dòng)物本身或者排泄物可直接導(dǎo)致電源或者卡件等設(shè)備的損壞,影響系統(tǒng)運(yùn)行。
1.3人為因素
    操作員和儀表系統(tǒng)維護(hù)人員是經(jīng)常接觸控制系統(tǒng)的人員,操作員更改控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)置,誤動(dòng)作操作臺(tái)上按鈕都有可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)波動(dòng),甚至停車;儀表維護(hù)人員隨意更改軟件設(shè)置,不按規(guī)定、制度維護(hù)等都威脅控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。例如:本廠DCS系統(tǒng)在2017年升級(jí)前,操作站是與工程師站自動(dòng)同步進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn),機(jī)動(dòng)部要求操作人員不得擅自更改操作站系統(tǒng)時(shí)間,但一個(gè)經(jīng)驗(yàn)不足的操作人員,修改了操作站計(jì)算機(jī)時(shí)間,影響了報(bào)警發(fā)送機(jī)制,導(dǎo)致實(shí)時(shí)過程報(bào)警不再發(fā)出,儀表工程師及時(shí)處理后,報(bào)警方恢復(fù)正常,未造成裝置波動(dòng),2017年檢修,本廠增力IIGPS時(shí)鐘源,改變了時(shí)間同步方式,徹底解決了該問題。
 
2提高控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行方法

2.1選用成熟產(chǎn)品
    在設(shè)計(jì)階段,在詢價(jià)書中嚴(yán)格尊守規(guī)范,通過設(shè)計(jì)文件要求,摒棄不成熟產(chǎn)品,選用行業(yè)內(nèi)有良好應(yīng)用業(yè)績(jī)的控制系統(tǒng),同時(shí)留有充足預(yù)算,避免因費(fèi)用問題,無法采購(gòu)成熟控制系統(tǒng)產(chǎn)品。
2.2設(shè)計(jì)合理、全面
    DCS系統(tǒng)的控制單元、通信接口、電源,重要控制IO卡件采用1:1冗余配置,SIS、ITCC系統(tǒng)的中央處理單元、電源單元、I0模塊及通信系統(tǒng)等通常采用冗余容錯(cuò)配置【2】,例如:本司SIS、ITCC系統(tǒng)均采用的控制系統(tǒng)為三重模件冗余(TMR)結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)控制器。PLC系統(tǒng)一般隨機(jī)組集成而來,要結(jié)合實(shí)際情況,考慮選型,冗余配置的必要性,負(fù)荷,控制結(jié)構(gòu)等。
    設(shè)計(jì)院會(huì)根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),通常不會(huì)有設(shè)計(jì)缺陷之類問題,但仍需跳出設(shè)計(jì)思維,變換角度,結(jié)合項(xiàng)目和實(shí)際應(yīng)用,適時(shí)調(diào)研,在設(shè)計(jì)階段提出建設(shè)性意見,力求最合理、最全面。
2.3遵守規(guī)范。狠抓施工質(zhì)量
    SH/T 3092-2013《石油化工分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、 GB/T 50770-2013 石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、 SY/T 6966-2013《輸油氣管道工程安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》 等儀表規(guī)范中都詳細(xì)地規(guī)范了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)施。為控制系統(tǒng)、控制室選好位置,排除環(huán)境干擾,防鼠防蟲,安裝溫濕度監(jiān)控設(shè)備,防雷、接地按規(guī)范執(zhí)行,使用正確的電纜等方面,可以說良好施工質(zhì)量是控制系統(tǒng)順利投用、安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提,是控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的保障。
2.4落實(shí)規(guī)章制度。強(qiáng)化運(yùn)維管理
    針對(duì)控制系統(tǒng),各公司都會(huì)出臺(tái)運(yùn)行維護(hù)規(guī)章制度,例如:本公司對(duì)控制系統(tǒng)的備份、巡檢、控制器卡件的溫度檢測(cè)、控制機(jī)柜、操作站的清灰、溫濕度的檢查、以及軟件、密碼、防病毒管理、控制系統(tǒng)診斷程序全功能檢查、故障統(tǒng)計(jì)、預(yù)防性維修等方面都有明確的管理規(guī)定,同時(shí)派專職工程師及維保隊(duì)伍進(jìn)行管理維護(hù),定期為維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)、考核。建立完善的管理規(guī)章制度,并嚴(yán)格執(zhí)行,杜絕人為因素影響控制系統(tǒng)運(yùn)行,同時(shí)強(qiáng)化管理,發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)異常及時(shí)處理,避免小問題累積影響造成裝置波動(dòng)甚至停車。
2.5加強(qiáng)預(yù)防性維護(hù)管理
    抓好定期維護(hù)保養(yǎng)工作,建立故障專家系統(tǒng),知識(shí)庫,科學(xué)管理,時(shí)刻監(jiān)控控制系統(tǒng)運(yùn)行情況,控制系統(tǒng)的備品備件納入重點(diǎn)管理,對(duì)已經(jīng)停產(chǎn)或即將停產(chǎn)的系統(tǒng)設(shè)備,制定更新計(jì)劃,升級(jí)更換;檢修時(shí),進(jìn)行點(diǎn)檢,對(duì)電源、控制器、通信系統(tǒng)進(jìn)行冗余測(cè)試,對(duì)軟件、硬件進(jìn)行升級(jí),遵守全生命周期的理論,對(duì)已經(jīng)超過廠家給予指導(dǎo)使用年限的設(shè)備,進(jìn)行特護(hù),擇機(jī)更換升級(jí),控制系統(tǒng)不帶病運(yùn)行,不容許存在隱患,落實(shí)預(yù)防性維護(hù)維修管理。
 
3.儀表控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行建議

    控制系統(tǒng)的安全正面臨著巨大挑戰(zhàn),建議對(duì)所有工控網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)之間增加工業(yè)防火墻[3],對(duì)控制系統(tǒng)操作站、工程師站的防病毒措施進(jìn)行升級(jí),殺毒軟件定時(shí)、及時(shí)升級(jí),使用USB鎖,禁用USB口、禁止使用光驅(qū)拷貝文件,建立、并嚴(yán)格執(zhí)行防病毒管理制度。
    建議用信息化手段對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、管理,各個(gè)廠家控制系統(tǒng)都支持故障報(bào)警輸出功能,實(shí)時(shí)采集故障信息,利用信息化手段,將系統(tǒng)故障第一時(shí)間發(fā)送至工程師手中,以便及時(shí)響應(yīng)處理,避免因控制系統(tǒng)故障處理不及時(shí)造成影響。
    在石化行業(yè),儀表專業(yè)通常稱為輔助專業(yè),但儀表的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定是裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的前提和保障,在長(zhǎng)周期運(yùn)行精細(xì)化管理過程中,建議公司乃至總部給予儀表專業(yè)更多的理解和支持,同時(shí)全行業(yè)的儀表工作者一起共同努力,讓石化行業(yè)認(rèn)識(shí)到控制系統(tǒng)乃至儀表專業(yè)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的重要意義。

4.結(jié)語
    影響控制系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素有很多,也很復(fù)雜,這些因素伴隨著時(shí)間,日積月累威脅著控制系統(tǒng),要累積經(jīng)驗(yàn),科學(xué)管理,用心維護(hù),為裝置長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行不懈努力。
 
參考文獻(xiàn):
[1]劉景輝,李俊麗,李文仁,等.淺談煉油企業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行U】石油化工自動(dòng)化,2004(4):42—45.
[2]陸德民,張振基,黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20()0:505—706.
[3】馮偉我國(guó)工業(yè)控制系統(tǒng)面臨的信息安全挑戰(zhàn)及措施建議Ⅱ】信息安全與技術(shù),2013,4(2):19—22.


【關(guān)聯(lián)好文】:

《編制SIS系統(tǒng)操作與維護(hù)規(guī)程的要點(diǎn)》


? 如果本文對(duì)您有幫助,請(qǐng)分享給您的朋友!  

【提示】:
1.不斷更新的好資料和答疑在 www.favor-grace.com  “找資料”欄目公布。
2.QQ群:
群?jiǎn)T優(yōu)質(zhì)、互動(dòng)答疑,
2000人群;Q群名:中國(guó)設(shè)備管理, Q群號(hào): 283752911

主要交流:設(shè)備管理體系標(biāo)準(zhǔn)、ISO55001資產(chǎn)管理、設(shè)備完整性管理、5S6S管理、目視管理、安全管理、企業(yè)管理等,純廣告者禁入!
3.加"中國(guó)設(shè)備管理" Q群,總有一個(gè)人知道你問題的答案!
4.優(yōu)秀留言有機(jī)會(huì)錄入“找資料”欄目答疑集錦,并歡迎大家來稿分享



關(guān)于我們 | 聯(lián)系我們

版權(quán)所有:成都華標(biāo)企業(yè)管理咨詢有限公司
備案號(hào):
蜀ICP備12004850號(hào) 技術(shù)支持:成都頂呱呱