引言

化工生產(chǎn)企業(yè)因生產(chǎn)原料和生產(chǎn)工藝方面的特殊原因,不可避免地存在諸多不安全因素以及高污染的可能性,為有效避免人為主觀原因造成的突發(fā)安全事件和環(huán)保事件,通常應(yīng)用儀表自控系統(tǒng)輔助人工完成相關(guān)工作,這也是化工生產(chǎn)企業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

精細(xì)化工作為化工領(lǐng)域的重要分支,它與基礎(chǔ)化工的不同點(diǎn)在于:(1)因產(chǎn)量少、工藝反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)而多采用間歇式生產(chǎn):(2)因產(chǎn)品需與下游市場(chǎng)需求情況相適應(yīng),所以產(chǎn)品更迭速度快。但自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)先期投用成本一般較高,涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域,所以對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的素質(zhì)能力要求較高,這些都大大限制了自控系統(tǒng)的普及。自控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性除了與產(chǎn)品本身的軟硬件質(zhì)量息息相關(guān)以外,也與專業(yè)維護(hù)人員的技術(shù)水平有著密切聯(lián)系。

1化工儀表自控系統(tǒng)的主要組成

化工儀表自控系統(tǒng)一般由檢測(cè)單元、變送轉(zhuǎn)換單元、控制單元和執(zhí)行單元●大部分組成,它四之間主要是通過各種信號(hào)進(jìn)行串聯(lián),以實(shí)現(xiàn)其功能。

在控制回路中,可以將電信號(hào)視為一個(gè)能流,根據(jù)它的流動(dòng)方向和流動(dòng)狀態(tài),查找故障發(fā)生的位置。在自控系統(tǒng)中,電信號(hào)主要分為模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào),能流根據(jù)參照物不同分為輸入和輸出信號(hào),因此有模擬量輸入信號(hào)(A1)、模擬量輸出信號(hào)(A0)、數(shù)字量輸入信號(hào)(D1)、數(shù)字量輸出信號(hào)(D0)4種。因脈沖量信號(hào)應(yīng)用較少,本文暫不提及。值得注意的是,1/0信號(hào)是相對(duì)的,具體根據(jù)選取的參照物不同而不同。

檢測(cè)、變送單元可以理解為采用傳感器技術(shù),通過各種物理或化學(xué)原理,使需要測(cè)量或控制的物理參數(shù)或狀態(tài)被表征出來。其涉及的專業(yè)領(lǐng)域廣泛,如發(fā)生故障,需根據(jù)具體工作原理判斷維修的可行性。

控制單元即各種能夠進(jìn)行邏輯運(yùn)算的控制器。在化工領(lǐng)域應(yīng)用較多的有DCs系統(tǒng)和PLC系統(tǒng),單個(gè)設(shè)備控制仍然存在基于單片機(jī)技術(shù)的控制器,這里不做介紹。DCs系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)大體上都是由電源模塊、CPU模塊、1/0模塊和連接器組成,也涉及通信模塊及擴(kuò)展模塊等特殊用途的組件。配合上位機(jī)對(duì)程序進(jìn)行編譯閱讀,是實(shí)際查找自控故障的最有效手段。因其制造集成化高、精密性強(qiáng),如發(fā)生故障,一般采用直接更換的方式。

執(zhí)行單元一般為執(zhí)行器,常見的有調(diào)節(jié)閥、開關(guān)閥,與電氣專業(yè)配合時(shí),還包括熱保護(hù)器等有輔助動(dòng)作功能的電器元件。

2能流在故障診斷中的應(yīng)用

2.1利用能流的流動(dòng)方向進(jìn)行故障診斷

在自控系統(tǒng)運(yùn)行過程中,能流貫穿整個(gè)過程。因?yàn)榭刂茊卧亲钥叵到y(tǒng)的核心,所以在查找故障時(shí),要以控制單元作為主體,判斷能流的流動(dòng)方向,然后"順藤摸瓜",就可以查找到故障的具體部位?；ぱb置運(yùn)行中,常見的能流流動(dòng)方向如表1所示。

根據(jù)上述能流方向進(jìn)行宏觀上的故障查找,能夠達(dá)到快速鎖定故障部位的目的。具體的硬件故障還需要根據(jù)硬件本身的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行修復(fù)。

2.2利用能流的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行故障診斷

能流的流動(dòng)方向給故障查找提供了宏觀的方向性指引,在具體故障處理過程中,往往會(huì)忽視能流的流動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際上,能流也有品質(zhì)要求,當(dāng)能流的流動(dòng)狀態(tài)不符合要求時(shí),自控系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)受到極大的影響。因?yàn)槟芰鞅旧頍o法實(shí)現(xiàn)可視化,所以需要借助儀器進(jìn)行分析。示波器是儀表自控專業(yè)故障判斷的常用工具之一,通過示波器可以觀察能流的流動(dòng)狀態(tài),判斷其是否受到外界信號(hào)干擾,或者高(低)電平持續(xù)時(shí)間是否滿足控制器掃描周期需要等。當(dāng)通過能流的流動(dòng)方向查找故障部位受到阻礙時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮上述內(nèi)容,尤其是自控系統(tǒng)安裝施工比較粗放時(shí)特別需要注意這個(gè)問題。

3故障處理實(shí)例

3.1某電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障處理

某裝置使用小型PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的過程控制。PLC為ModiconM218可編程控制器,擴(kuò)展兩個(gè)模擬量模塊和兩個(gè)數(shù)字量模塊。運(yùn)行過程中,系統(tǒng)報(bào)警顯示"電動(dòng)閥開信號(hào)超時(shí)",裝置聯(lián)鎖跳車。根據(jù)能流流動(dòng)方向判斷法,D1模塊未能在設(shè)置時(shí)間內(nèi)接收到相應(yīng)的數(shù)字量輸入信號(hào)時(shí)報(bào)警,使用萬用表測(cè)量位置開關(guān)的常開點(diǎn)沒有閉合信號(hào),打開現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)電動(dòng)閥接線盒,檢查位置開關(guān)凸輪的動(dòng)作情況,發(fā)現(xiàn)其未到達(dá)極限位置,因此無法發(fā)出使D1導(dǎo)通的電壓信號(hào)。調(diào)整凸輪機(jī)構(gòu),使其達(dá)到極限位置后,裝置能夠正常開車,且運(yùn)行正常。

3.2脈沖量信號(hào)對(duì)模擬量信號(hào)的干擾作用

某化工裝置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速使用脈沖量信號(hào)進(jìn)入DCs控制系統(tǒng),前期投用正常,但運(yùn)行數(shù)年后發(fā)現(xiàn)其機(jī)械監(jiān)視儀表(振動(dòng)監(jiān)視、位移監(jiān)視)常出現(xiàn)誤動(dòng)作現(xiàn)象,考慮風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全性,機(jī)械儀表使用二取二聯(lián)鎖保護(hù),發(fā)生誤動(dòng)作停機(jī)事件的概率高。經(jīng)系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)人員與甲方技術(shù)人員共同查找故障,發(fā)現(xiàn)脈沖量信號(hào)的引入對(duì)機(jī)械儀表傳送回的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)有不規(guī)則干擾。加裝信號(hào)隔離用安全柵后,此故障未再出現(xiàn)。由此可見,自控系統(tǒng)中高頻信號(hào)的引入要特別注意,其干擾能力存在不確定性,為故障診斷增加了困難。

3.3標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)傳輸故障

某裝置標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的傳輸采集出現(xiàn)故障?，F(xiàn)場(chǎng)變送器指示在量程的一半左右,但中控顯示其值為滿量程。依次測(cè)量變送器輸出電流,AI卡件輸入電流和現(xiàn)場(chǎng)變送器的輸出電流分別為22mA和12mA,與各自顯示一致,斷開控制回路,單獨(dú)測(cè)量AI通道電壓,DC24V正常。然后使用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行卡件通道的單獨(dú)測(cè)試,未見異常。將電纜兩頭懸空,測(cè)量其絕緣情況,發(fā)現(xiàn)電纜有短接現(xiàn)象。檢查電纜敷設(shè)情況,發(fā)現(xiàn)電纜在一轉(zhuǎn)彎處有破損,重新進(jìn)行絕緣處理后,中控顯示值與變送器顯示值相一致。

分析認(rèn)為,電纜絕緣雖然被破壞,但未發(fā)生過大的短路電流,使得熔斷器未發(fā)生動(dòng)作。但絕緣破壞之后,回路中增加了并聯(lián)支路,因此,輸入卡件的電流應(yīng)為變送器輸出電流和絕緣破壞處短接電阻產(chǎn)生的電流之和,造成中控顯示值大于現(xiàn)場(chǎng)變送器顯示值的情況。

4結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)性改革,作坊式生產(chǎn)模式終將被淘汰,現(xiàn)代化的智能工廠建設(shè)勢(shì)在必行,化工行業(yè)作為高風(fēng)險(xiǎn)、高污染行業(yè),自控系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用是必然選擇。但自控系統(tǒng)集成度高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,涉及專業(yè)領(lǐng)域多,對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝有著很高的要求。化工企業(yè)只有不斷克服困難,應(yīng)用新技術(shù)、新工藝,才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下長(zhǎng)久發(fā)展。