運用PRM改進聯(lián)鎖試驗方法

【摘要】煉化裝置開工前必須進行聯(lián)鎖試驗。傳統(tǒng)的試驗方法是從現(xiàn)場發(fā)出模擬信號判斷聯(lián)鎖回路硬軟件和邏輯是否功能正常，但對于復雜聯(lián)鎖，試驗耗時費力，往往延誤開工時間。利用智能儀表管理系統(tǒng)（PRM）從室內發(fā)出HART信號進行同樣的聯(lián)鎖回路測試能完全保證試驗質量，不但方便快捷，而且安全可靠。

【關鍵詞】聯(lián)鎖試驗方法；改進；PRM

煉油化工行業(yè)是高危行業(yè)，以連續(xù)化、自動化為其主要特點，因而在工藝過程中，局部的、瞬態(tài)的不正常生產狀態(tài)往往會引起大范圍的、嚴重的后果。同時，為取得高經濟效益和低能耗，溫度、壓力、物料成分等工藝參數越來越接近臨界狀態(tài)，因此工藝參數一旦越限，便極易導致事故的發(fā)生。因此，煉化裝置把信號聯(lián)鎖裝置作為自動監(jiān)視并實現(xiàn)自動操作的一種重要的技術手段，控制生產風險，降低事故危害。

聯(lián)鎖回路有硬軟件變更或長時間停工后投用都要進行聯(lián)鎖試驗來確認聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件和邏輯正確。小到單臺儀表或閥門的更換，大到裝置停工大檢修后開工，都要進行聯(lián)鎖測試。因此，聯(lián)鎖試驗是非常關鍵的工作。

但新型煉油化工裝置的聯(lián)鎖邏輯都較復雜，涉及到的儀表數量大，例如加氫裂化裝置共有聯(lián)鎖回路191個，制氫裝置“轉化爐燃燒聯(lián)鎖”一個聯(lián)鎖就涉及現(xiàn)場儀表18臺（最少需要7臺信號發(fā)生器同時工作），一次試驗要20名測試員同時到現(xiàn)場。增加了聯(lián)鎖試驗的工作量和難度。尤其是裝置臨時停工的情況下，全裝置聯(lián)鎖試驗耗時長（制氫裝置一次完整聯(lián)鎖試驗需要加班4天完成）直接影響迅速恢復開工。像獨山子石化這樣的大型企業(yè)，晚開工一天，其經濟損失都是十分巨大的。聯(lián)鎖試驗效率正成為制約煉化裝置的瓶頸問題。

1.傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗方法

一個完整的聯(lián)鎖回路由以下設備組成，探頭檢測到過程量，將物理信號傳給變送器，轉換為標準的電流信號（4～20mA），通過電纜傳輸到儀表室內的安全柵進行信號隔離，然后模擬量信號被DCS（或SIS、PLC等控制系統(tǒng)）卡件轉換為數字信號，DCS控制器根據聯(lián)鎖邏輯對數字信號進行運算和判斷，將結果分別輸送到現(xiàn)場閥門和DCS操作站。裝置工藝操作人員可以通過操作站對DCS控制器對聯(lián)鎖邏輯的執(zhí)行結果進行干預。聯(lián)鎖回路構成如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗方法結構示意圖

傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗是從變送器后開始的，因為探頭與過程介質接觸所產生的檢測信號是非標準的，如毫伏、頻率、脈沖等，很難模擬；而且有些儀表將探頭和變送器制作成一體。這部分儀表由拆檢校驗來確定其準確性，不在聯(lián)鎖試驗范圍內考慮。除此之外，聯(lián)鎖回路的其它硬件和軟件都得到了測試。

試驗時要到現(xiàn)場儀表所在位置，將變送器輸出電纜解開，由模擬信號發(fā)生器根據試驗步驟輸出標準電流信號。因此，一個聯(lián)鎖邏輯有多少個輸入條件，就需要相應數量的模擬信號發(fā)生器和試驗員構成一個完整的試驗環(huán)境（閥門處還需要更多的試驗員現(xiàn)場確認）。

各輸入條件的變化需要通過通訊器材統(tǒng)一指揮試驗員們相互配合完成。

2.PRM功能

PRM是橫河公司開發(fā)的基于現(xiàn)場總線技術（HART）的儀表設備管理系統(tǒng)軟件包，與橫河DCS配套使用的計算機軟件系統(tǒng)。是對現(xiàn)場儀表遠程維護和預測維護的平臺。本文以橫河公司產品為例，目前市場上主流的DCS廠家都有與之配套的儀表設備管理系統(tǒng)（AMS）軟件包，雖然名稱各不相同，但功能類似。

PRM借用DCS硬件信道傳輸現(xiàn)場智能儀表的所有數字信號，通信路線如圖2所示。

圖2 DCS儀表進PRM網絡柘樸圖

一個裝置的儀表除了與DCS通信外，還有與SIS、PLC構成系統(tǒng)的儀表，而且這些儀表往往擔負著裝置安全保護職能，因此，將這些儀表納入PRM管理非常必要。

其它控制系統(tǒng)儀表的HART信號進PRM可以通過HART多路器實現(xiàn)連通。通信路線如圖3所示。

圖3 SIS儀表進PRM網絡柘樸圖

傳統(tǒng)DCS只能得到現(xiàn)場儀表的模擬測量值一個數據，儀表維護人員只能憑借主觀經驗來判斷故障源，處理故障，屬被動維護，巡檢內容只能是儀表外觀。

有了PRM，能同時得到幾十個甚至上百個儀表內部數據，包括儀表自身的健康狀態(tài)、儀表基本信息、儀表功能設置參數、儀表報警信息等。PRM系統(tǒng)將這些數據集中到服務器上，集中顯示、存儲、分析、輸出。使用人員可以方便地在PRM客戶端實時地監(jiān)視和控制現(xiàn)場儀表的內部參數，可以詳細顯示儀表的具體運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障苗頭，提前制訂檢維修計劃，在出現(xiàn)故障前就處理掉，排除對工藝操作產生影響的可能性，從本質上實現(xiàn)安全生產。

3.智能變送器的強制輸出功能

隨著微電子技術的不斷發(fā)展，集成了CPU、存儲器、定時器/計數器、并行和串行接口、看門狗、前置放大器甚至A/D、D/A轉換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片（即單片機）出現(xiàn)了。以單片機為主體，將計算機技術與測量控制技術結合在一起，又組成了所謂的“智能化測量控制系統(tǒng)”，也就是智能儀表。

智能儀表具有以下功能特點：

①操作自動化。儀表的整個測量過程全部自動化。

②具有自測功能，包括自動調零、自動故障與狀態(tài)檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉換等。智能儀表能自動檢測出故障的部位甚至故障的原因。這種自測試可以在儀表啟動時運行，同時也可在儀器工作中運行，極大地方便了儀器的維護。

③具有數據處理功能，這是智能儀器的主要優(yōu)點之一。智能儀表由于采用了單片機或微控制器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。

④具有友好的人機對話能力。智能儀表通過顯示屏將運行情況、工作狀態(tài)以及對測量數據的處理結果及時告訴操作人員，使儀表的操作更加方便直觀。

⑤具有可程控操作能力。一般智能儀表都配有FF、HART或RS485等標準的通信接口，可以很方便地與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統(tǒng)，來完成更復雜的測試任務。

改進的聯(lián)鎖試驗方法正是利用了③的強制輸出功能。例如羅斯蒙特3051變送器的自檢測，Divice Setup——Diagnostics And Service——Test Divice——Self Test.可以使變送器對外輸出用戶指定的毫安值，實現(xiàn)信號模擬功能。

4.新聯(lián)鎖試驗方法

試驗員在室內從PRM服務器上發(fā)出HART控制指令，讓變送器輸出強制信號（如4mA、8mA、12mA、16mA、20mA等），HART信號傳輸路徑如圖4中“∽”符號表示。變送器的電流信號輸出就跟傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗方法中走過的路徑一樣了。

復雜的聯(lián)鎖回路的多個輸入儀表可以從PRM服務器上同時發(fā)出強制指令。不再需要模擬信號發(fā)生器，也不需要那么多通訊器材來協(xié)調多名試驗員輸出不同信號。閥門動作結果也可以從PRM看到。

圖4 新聯(lián)鎖試驗方法結構示意圖

對比圖1和圖4可以看出，試驗所用的模擬信號走過的路徑完全相同，甚至還多測試了變送器的輸出功能。因此可以保證新試驗方法滿足傳統(tǒng)方法對信號通路和邏輯測試質量要求，不存在方法偏差。

這種測試方法的優(yōu)點有：

（1）消除了電纜虛接的隱患。傳統(tǒng)方法中解開電纜試驗后，重新接線這一步驟是試驗之外的動作，其工作質量沒有保證措施，在這個環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的電纜虛接問題將造成聯(lián)鎖誤動作。

（2）節(jié)省了試驗時間。制氫裝置用傳統(tǒng)方法需要40多小時，新方法只要6小時。

（3）節(jié)省了人力。無論試驗多復雜的聯(lián)鎖邏輯，只要3人就能完成（一人指揮，一人記錄，一人操作PRM），使試驗員完全擺脫了現(xiàn)場約束。

（4）節(jié)省了器材限制。不再有通訊對講設備和模擬信號發(fā)生器的需求。

（5）消除了模擬信號發(fā)生器的誤差。

（6）信號傳輸過程中的噪聲干擾并不會對聯(lián)鎖試驗造成影響。這是因為HART信號的信道是借用DCS模擬量的硬件通路，如果有干擾，先影響模擬量顯示和輸出，會提前暴露出來的；HART數字信號執(zhí)行是原子操作，信號和指令不完整就不執(zhí)行；聯(lián)鎖試驗都是在離線條件下進行了，即使指令錯誤還可以重試。

5.結束語

國家倡導把經濟增長轉變到依靠技術進步、員工素質提高和管理創(chuàng)新上來，利用PRM（或AMS）的改進聯(lián)鎖試驗方法的成功經驗正是利用先進技術手段提高生產效率的典型案例，聯(lián)鎖測試員的工作重點從跑現(xiàn)場轉變?yōu)槭炀殤弥悄軆x表的HART功能上來，企業(yè)從制度上進行技術規(guī)范的修訂后，使取得的技術成果固化為標準做法。

這只是PRM應用的一個實例，還有儀表伴熱溫度實時監(jiān)測、獲取調節(jié)閥閥位反饋的軟測量等都已成熟應用了。隨著PRM系統(tǒng)功能的不斷開發(fā)投用，必然會有更多的應用成果給企業(yè)帶來效益增長。

作者簡介：高智泉（1973—），男，高級工程師，主要從事儀表運行和安全管理工作。