引 言

        油氣化工生產(chǎn)現場(chǎng)的中控系統一般由過(guò)程控制系統、緊急關(guān)斷系統組成。緊急關(guān)斷系統的作用是出現異常不可控因素時(shí)，可實(shí)現對設備或流程的隔離泄壓，以確保人員、設備的安全。緊急關(guān)斷系統控制層面好立于過(guò)程控制系統，但可通過(guò)數據采集與監視控制系統(SCADA)與過(guò)程控制系統實(shí)現通信，在過(guò)程控制系統上位機上對監測數據與報警信息進(jìn)行顯示。油氣化工生產(chǎn)現場(chǎng)在流程關(guān)鍵部位設置 2 臺變送器，其中一臺用于緊急關(guān)斷系統數據監測，另一臺用于過(guò)程控制系統數據監測。若傳送至過(guò)程控制系統的壓力變送器出現異常，調節閥則會(huì )異常開(kāi)大或關(guān)小，直接導致容器壓力下降或升高。此時(shí)的壓力異常下降或升高被處于正常工作狀態(tài)的壓力變送器監測將數據傳送至緊急關(guān)斷系統，導致生產(chǎn)異常關(guān)停；若傳送至緊急關(guān)斷系統壓力變送器出現異常，當真實(shí)壓力異常下降或升高已經(jīng)達到高高、低低設定值時(shí)卻不能實(shí)現關(guān)斷，流程異常該關(guān)斷時(shí)卻不能實(shí)現關(guān)斷保護，安全環(huán)保風(fēng)險極高。

 

1 解決思路

        為解決上述在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生過(guò)的變送器監測數據異常問(wèn)題，保證流程安全穩定運行，技術(shù)人員結

合現場(chǎng)設備實(shí)際情況，從不增加新設備的成本支出出發(fā)，提出了解決思路，利用變送器自身數據循環(huán)對比或 2 臺變送器之間數據差值比較，設定相應的報警值輸出報警，達到預警的目的。針對 2 種解決方案，進(jìn)行對比分析。

 

1.1 數據循環(huán)對比

        流程穩定運行，變送器無(wú)異常時(shí)，監測流程參數的波動(dòng)處于一定范圍之內，即單位時(shí)間內參數的變化幅度不會(huì )過(guò)大。因現場(chǎng)實(shí)際監測數據是在一定范圍內波動(dòng)的，正常時(shí)亦不存在數據固定不變�；�于此現象，現場(chǎng)技術(shù)人員利用系統本身運算能力，單個(gè)數據監測點(diǎn)數據自身循環(huán)比較，如以 10 s 為單位，計算變送器回傳數據 10 s 內增量，若該增量異常高或低時(shí)觸發(fā)報警，提示值班人員對現場(chǎng)變送器進(jìn)行檢查核對，起到預警作用。

 

1.2 差值變化監測

        變送器在正常工作的情況下，同一監測點(diǎn)位的 2 臺變送器數據幾乎相同或者變化趨勢完全一致 (圖 1)，即數據趨勢同時(shí)上升或同時(shí)下降；當其中一個(gè)變送器出現問(wèn)題時(shí)，則會(huì )出現 2 臺變送器數據差值擴大，趨勢不能實(shí)現同時(shí)上升或下降(圖 2)。據此利用同一監測點(diǎn)的 2 臺變送器差值超過(guò)某一正常值后輸出報警，提示值班人員及時(shí)告知技術(shù)人員進(jìn)行故障排查，從而提前預防相關(guān)高風(fēng)險事件發(fā)生。這樣就可以建立變送器自身故障預警系統，有效防范事態(tài)擴大。

1.3 方案對比

        通過(guò)分析 2 個(gè)方案進(jìn)行對比。方案 1 中數值循環(huán)比較，需針對單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行邏輯組態(tài)，工作量較大，對服務(wù)器的負荷增加較大，并且在緊急關(guān)斷系統中進(jìn)行該功能組態(tài)，與其靜態(tài)、安全的設計原則有所相悖；方案 2 中的差值對比法，2 組變送器為 1 組，降低了組態(tài)工作量，且差值運算邏輯可以通過(guò)過(guò)程控制系統實(shí)現，對緊急關(guān)斷系統不進(jìn)行控制層面的修改，不影響其安全性。綜上認為，方案 2 更適用于生產(chǎn)現場(chǎng)。

 

2 可行性研究

2.1 差值運算

        下文以某油田現 場(chǎng)所使用的過(guò)程控制系統(Honeywell Process Knowledge System，下文簡(jiǎn)稱(chēng)PKS 系 統 ) 與緊急關(guān)斷系統 (Honeywell Safety Manger，下文簡(jiǎn)稱(chēng) SM 系統)為例進(jìn)行闡述。 PKS 系統組態(tài)軟件為 Configure studio，對其組態(tài)功能進(jìn)行確認，是否能夠實(shí)現差值運算。因差值監測為兩變送器實(shí)時(shí)數據的差值，實(shí)際工況中，A-B 有可能出現負值，故需要組態(tài)功能能夠實(shí)現取覺(jué)對值運算。如圖 3 所示，進(jìn)入 control builder 界面，確認AUXCALA 模塊能夠實(shí)現數值運算，并且能夠執行取覺(jué)對值運算。確認 PKS 系統滿(mǎn)足預警功能并實(shí)現需求的運算功能。

2.2 數據通信

 為了實(shí)現差值預警，需要將 SM 系統實(shí)時(shí)數據引入 PKS 系統中的控制層面，實(shí)現數值運算與邏輯組態(tài)。技術(shù)人員發(fā)現 OPC 協(xié)議可以解決不同系統間的數據通信問(wèn)題。OPC 全稱(chēng)是 Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，它可以為不同廠(chǎng)家、不同類(lèi)型的控制應用建立通信橋梁，所使用的過(guò)程知識系統(PKS)中的 Experion OPC Integrator 功能即可實(shí)現數據在兩個(gè)系統之間進(jìn)行傳輸。另外，針對該功能，資料提示不可使用該功能傳輸安全或關(guān)鍵任務(wù)信息，差值報警為預警功能，不屬于建議不使用的范疇。

 

2.3 系統負荷

 利用 OPC Integrator 功能進(jìn)行數據通訊，會(huì )在一定程度上增加服務(wù)器運行負荷。對增加差值預警需求的點(diǎn)位進(jìn)行統計，共 20 組。技術(shù)人員確認，該數量點(diǎn)位通信對服務(wù)器負荷增加較小，在許可范圍內。

 

2.4 主要風(fēng)險

        修改后邏輯在下裝至控制器時(shí)存在一定風(fēng)險。如下裝過(guò)程中如出現錯誤、下裝失敗，現場(chǎng)調節閥失去控制、無(wú)法調節，流程將出現無(wú)法控制的現象，存在安全風(fēng)險。

 

        針對上述風(fēng)險，制定相應風(fēng)險控制措施。下裝過(guò)程中現場(chǎng)工藝人員值守，中控人員加密關(guān)注流程參數，及時(shí)溝通現場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)調節，保證流程穩定。技術(shù)人員做好組態(tài)并交叉檢查，調整好作業(yè)窗口，減少流程手動(dòng)控制時(shí)間。另外做好下裝時(shí)出錯失敗的應急措施：如出現下裝失敗、無(wú)法控制的現象，立即刪除所有新增模塊后保存修改，再次重新下裝，恢復系統修改前狀態(tài)，保證系統能夠正常調節控制。主要作業(yè)風(fēng)險體現在下裝過(guò)程中，針對該風(fēng)險制定相應預控措施后，風(fēng)險在可控范圍內。

 

 如上分析所得，利用 OPC Integrator 功能將緊急關(guān)斷系統數據引至過(guò)程控制系統，與同一監測位置過(guò)程控制系統數據進(jìn)行差值比較，實(shí)現中控系統監測數據異常預警方案可行。

 

3 方案實(shí)施

3.1 OPC通信組態(tài)

 在 PKS 系統中建立 OPC 通信組，將 SM 系統中的數據引入 PKS 系統(圖 4)。

3.2 差值報警邏輯組態(tài)

 在 PKS 系統中利用組態(tài)軟件對變送器差值運算邏輯進(jìn)行組態(tài)，并組態(tài)報警輸出(圖 5)。

3.3 功能測試

 對組態(tài)完成的模塊進(jìn)行下裝并激活。下裝后測試報警功能正常實(shí)現，ALARMS SUMMARY 有報警記錄顯示(圖 6)。至此，中控監測數據異常預警功能實(shí)現。

4 總 結

 中控系統監測數據異常預警功能的實(shí)現，在流程關(guān)鍵點(diǎn)位監測設備(壓力變送器、液位變送器)出現故障或工況異常時(shí)，能夠即時(shí)觸發(fā)報警并顯示詳細報警信息，提醒值班人員通知相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行檢查處理，可有效規避儀控元件故障而引發(fā)的生產(chǎn)損失、設備損壞或者安全生產(chǎn)事故。另外，OPC 技術(shù)在油氣化工生產(chǎn)控制系統中應用較為廣泛，本文成果為變送器故障預警提供了有效的解決方案。

 

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