根據統計，工廠(chǎng)企業(yè)中約90%控制系統故障都是由現場(chǎng)儀表故障導致的，儀表故障中相當一部分儀表故障的產(chǎn)生是漸變的過(guò)程，其中一部分可以通過(guò)各種儀表早期診斷措施及時(shí)發(fā)現，避免故障影響的擴大。例如壓力測量?jì)x表的引壓管堵塞、膜片腐蝕、泄露；浮筒/浮球型液位儀表因工藝介質(zhì)結晶、堵塞、掛料造成浮球卡滯；介質(zhì)密度變化、分層引起差壓液位計測量不準�；�于先金中控系統CCS和變送器儀表的差異報警就是一種儀表早期故障監測手段�？捎行Ы档鸵騼x表故障導致生產(chǎn)停車(chē)的風(fēng)險，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度和安全性。

 

2  基于 DCS 系統的差異報警功能的基本原理和實(shí)施條件

工業(yè)生產(chǎn)裝置的中控系統CCS通常由執行工藝流程控制的PCS系統和執行設備保護的SIS（包括PSD和ESD）系統組成。根據 IEC 61511等相關(guān)規范，主要生產(chǎn)設備的重要參數的監控需要分別為PCS和SIS系統設置好立的測量?jì)x表。石油化工行業(yè)中很常見(jiàn)的設備——生產(chǎn)分離器設備如圖1所示，設計階段按照相關(guān)標準規范為該設備的氣相壓力、油水界面液位、油相液位的測量分別配備了冗余的智能變送儀表，分別由生產(chǎn)控制系統（PCS）和應急關(guān)斷系統（ESD）進(jìn)行監控。當同一測量點(diǎn)的兩個(gè)變送器測量值的差異超出一定偏差范圍，可以判定其中一臺儀表的功能異�；蚣磳⒊霈F故障，進(jìn)而在系統操作站進(jìn)行報警提示和記錄，提醒生產(chǎn)人員及時(shí)進(jìn)行人工干預并適時(shí)安排對可能存在問(wèn)題的現場(chǎng)儀表的檢查和維修。

以上系統配置和功能描述即是應用差異報警功能（或稱(chēng)之為偏差報警）實(shí)現儀表早期故障診斷的基本原理。

 

3  相關(guān)標準規范和tuijian做法

國外IEC/ISA/EEMUA等組織機構關(guān)于報警管理方面的相關(guān)規范中給出了儀表差異報警的術(shù)語(yǔ)定義‘Deviation Alarm’，并將其類(lèi)型屬于儀表診斷報警（Instrument Diagnostic Alarm）。但是，相關(guān)標準規范并未針對差異報警進(jìn)一步應用給出具體而詳細的指導，國內期刊文摘對此方面的介紹也非常少。IEC62628/ISA18.02/EEMUA191等國外相關(guān)規范介紹了報警系統模型、報警管理策略、報警定義/分類(lèi)/分級/優(yōu)化設計、HMI設計的基本原則等。對基于中控系統和變送器儀表的差異報警原理，以實(shí)現儀表故障診斷和早期報警功能的設計和應用，有一定指導和借鑒作用。

 

4  差異報警功能設計基本原則

差異報警程序的功能和人機界面的設計應遵循相關(guān)規范，并盡量與中控系統廠(chǎng)家的報警策略、操作界面風(fēng)格相一致（tuijian的差異報警操作界面如圖2所示）。在不違背相關(guān)規范或規定的前提下，差異報警的功能應滿(mǎn)足下面的基本要求。

 

4.1 差異報警報警級別的確定

報警級別的確定通�？紤]兩個(gè)方面：報警信息處理的急迫性和報警處理不及時(shí)所導致的風(fēng)險的嚴重程度。

（1）急迫性

如報警產(chǎn)生，在出現潛在性危害情況之前操作人員需采取行動(dòng)的以應對報警的可急迫性分為Immediate立即行動(dòng)（<3min）；Prompt迅速反應（3~15min之間）；Soon盡快處理（>15min）。

 

（2）風(fēng)險嚴重程度

如果不能對報警做出有效處理，則潛在危害后果可分為：危險、大、中等、小這4種情況。根據EEMUA191、ISA-18.02等規范中的tuijian做法，綜合考慮上述這兩個(gè)因素后，可將報警劃分為4個(gè)級別：高危（臨界）、高、中、低（如表1所示）。差異報警作為一種儀表早期故障診斷措施，通常歸屬于低級別或中等級別報警。在具體實(shí)施過(guò)程可參照EEMUA191 Appendix5tuijian的方法，將每個(gè)差異報警進(jìn)行定級。

 

4.2 差異報警的測量/對比區間設定

需要做差異報警的儀表，在選型和設計過(guò)程中應盡量使相關(guān)儀表的量程范圍一致，并以#大限度的重合的測量區間作為差異報警的對比區間。如確定的差異報警級別為較低報警級別，為避免特殊工況下（如開(kāi)車(chē)、停車(chē)過(guò)程或其他不穩定的工況）可能產(chǎn)生過(guò)多的報警對操作人員造成干擾，也可以PCS系統變送器儀表的高~低報警值（HA~LA）之間測量范圍作為2臺儀表差異報警的對比區間。

 

4.3 差異報警精度（偏差值）的設定

應綜合考慮儀表測量原理、儀表精度、安裝條件、報警級別和被測介質(zhì)特性等因素，合理選擇差異報警的精度（偏差值）。偏差值設定過(guò)高會(huì )影響差異報警作為儀表故障早期診斷的作用；偏差值設定過(guò)低，容易產(chǎn)生過(guò)多不必要的報警，對操作員造成干擾。

 

偏差報警設定精度應可以在操作界面直接調整（參照EEMUA191關(guān)于儀表測量死區的相關(guān)規定，tuijian以差異對比區間的3%作為壓力和溫度儀表的差異報警設定值，以差異對比區間的6%作為液位儀表的差異報警設定值）。

 

4.4 差異報警程序的數據采集、計算、顯示更新頻率

過(guò)高的數據采樣頻率會(huì )增大中控系統負荷，并可能產(chǎn)生重復報警。因此，參照EEMUA191中對“時(shí)間過(guò)濾”參數（Filter Time）相關(guān)規定，tuijian以2~3s作為差異報警程序的數據采集、計算、顯示更新頻率（備注：Filtering/Low Pass Filtering是EEMUA191中tuijian的一種用于處理‘repeating andfleeting alarm’的方法）。

 

4.5 人機界面的設計和功能要求

應設置專(zhuān)用操作界面作為儀表差異報警人機界面（HMI），用于集中、分類(lèi)顯示做差異對比的儀表（同種類(lèi)型儀表盡量放置一起），人機操作界面和功能的設計應考慮以下幾個(gè)主要方面（見(jiàn)圖2）：

（1）顯示列至少包括儀表實(shí)測值，偏差報警設定精度，實(shí)際偏差值、單組儀表差異報警功能的“使能”（Enable/Disable）按鈕（Disable操作應在系統中進(jìn)行記錄）。

（2）需設計有“全部差異報警功能Enable/Disable”按鈕。

（3）差異報警計算、顯示所需的數據應當直接引自實(shí)時(shí)數據庫。調整單個(gè)儀表的高/低設定值，不影響差異報警功能的實(shí)現。

（4）可以快捷的鏈接到某組儀表相關(guān)的工藝操作界面（例如：雙擊儀表位號）。

（5）如多個(gè)差異報警被定義為不同的報警級別，應對其報警級別進(jìn)行明確標識。

 

5  應用

自2013年開(kāi)始，在我國海洋石油領(lǐng)域多處海上生產(chǎn)設施開(kāi)始應用基于DCS系統的差異報警原理的變送器類(lèi)儀表早期故障診斷技術(shù)，涵蓋了艾默生、霍尼韋爾、羅克韋爾、AB等國際著(zhù)名控制系統產(chǎn)品，生產(chǎn)現場(chǎng)反饋應用效果良好。

 

6  小結

基于先金DCS系統的差異報警作為智能變送器類(lèi)儀表的一種早期故障診斷手段，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、效果顯著(zhù)的特點(diǎn)�？蓹z測到變送器類(lèi)現場(chǎng)儀表的部分早期故障狀態(tài)，有效降低因儀表故障導致生產(chǎn)停車(chē)的風(fēng)險，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度和安全性，在石油化工制藥等行業(yè)具有廣泛的應用前景。