模擬量輸入在I／A系統(tǒng)的應(yīng)用

胡旭陽(yáng)

（河南能源化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽(yáng) 457004）

模擬量輸入在I／A系統(tǒng)的應(yīng)用

胡旭陽(yáng)

（河南能源化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽(yáng) 457004）

河南能源化工集團(tuán)中原大化公司煤化工500 kt／a甲醇項(xiàng)目，控制系統(tǒng)采用FOXBORO公司的I／A控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)述模擬量輸入在I／A控制系統(tǒng)的原理、問(wèn)題、典型事故的解決方案。

模擬量輸入；I／A控制系統(tǒng)；甲醇

0 引言

當(dāng)代化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)利用微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制。整個(gè)系統(tǒng)都是基于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)視，將裝置運(yùn)行的溫度，壓力，流量，液位等數(shù)據(jù)反映到主控室，這就需要控制系統(tǒng)將各種類型模擬量輸入信號(hào)測(cè)量，處理，轉(zhuǎn)換后準(zhǔn)確、及時(shí)地呈現(xiàn)在操作站上。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

中原大化集團(tuán)煤化工甲醇項(xiàng)目DCS控制系統(tǒng)采用美國(guó)FOXBORO公司的I／A系統(tǒng)。I／A系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是系統(tǒng)的軟件、硬件和通訊系統(tǒng)都廣泛采用開放型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。硬件品種少，可靠性高，組態(tài)靈活。模擬量輸入一線控制器已經(jīng)具有包括自整定（EXACT）和多變量自整定（EXACT MV）在內(nèi)的復(fù)雜計(jì)算能力，模擬量輸入組件全部為變壓器耦合隔離和光電隔離，一對(duì)一轉(zhuǎn)換，過(guò)流保護(hù)，不用保險(xiǎn)絲，提高系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。各類模擬量輸入卡件都有自診斷程序，可進(jìn)行報(bào)警打印，CRT報(bào)警顯示，有故障的卡件紅燈顯示，無(wú)需人工判斷。所有組件都可帶點(diǎn)更換。

2 測(cè)量原理

現(xiàn)場(chǎng)模擬量?jī)x表的測(cè)量原理種類很多，按進(jìn)入主控系統(tǒng)的信號(hào)類型來(lái)分類，可分為4－20 mA（0－20 mA）電流，電阻，微電壓，0－5 V電壓等。不同類型的輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)不同的FBM卡件。電流信號(hào)常用的有FBM201，F(xiàn)BM205（可冗余，4AI／4AO），F(xiàn)BM211，F(xiàn)BM216（可冗余，支持HART通訊），熱電偶信號(hào)使用FBM202，熱電阻信號(hào)使用FBM203。在對(duì)卡件進(jìn)行組態(tài)時(shí)選用不同的ECB類型，F(xiàn)BM201、FBM202、FBM203、FBM211組態(tài)類型為ECB1，F(xiàn)BM205、FBM216組態(tài)類型為ECB2。FBM216卡件的每個(gè)通道還需用ECB1類型組態(tài)后才能激活使用。

2.1 電流信號(hào)

FTA底板接線方式分為供電（24 V）和不供電兩種。在FTA板內(nèi)通過(guò)250Ω的負(fù)載將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再由電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后通訊至CPU，在進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時(shí)需要在組態(tài)選擇轉(zhuǎn)換方式，通常都選用SCI3，既4－20 mA線性轉(zhuǎn)換成12800－64000碼。

2.2 電阻信號(hào)

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的熱電阻接線，可以選擇直接接入FBM203卡件底板。底板上有Ax，bx，Cx三個(gè)端子，對(duì)于不同的熱電阻接法也各不相同。常用的鉑電阻在FBM進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時(shí)使用SCI43進(jìn)行修正。

二線制熱電阻，I－接Ax，I＋接Bx，將Ax，Bx短接，這種接法無(wú)法消除線阻帶來(lái)的誤差，根據(jù)電纜的長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致顯示溫度會(huì)有不同程度的偏高，一般在20度左右，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度在DCS內(nèi)部減去這個(gè)溫差，對(duì)其進(jìn)行人為修正。三線制熱電阻，I－接Ax，I＋接Bx，Ic接Cx，這種接線方式可通過(guò)對(duì)I－、Ic間電阻的測(cè)量，消除線電阻帶來(lái)的誤差，無(wú)需后期的人為修正，精度較高。四線制熱電阻，I－接Ax，I＋接Bx，Ic接Cx，將另一根I＋也接入Cx，這種接線方式可以更加精確的消除線電阻帶來(lái)的誤差，是精度最高的測(cè)量方式。

熱電阻也可以通過(guò)MTL5074安全柵轉(zhuǎn)換為電流后接入FBM。需要對(duì)安全柵內(nèi)部進(jìn)行設(shè)置位號(hào)，量程，熱阻類型，輸入，輸出等。其中非常重要的一項(xiàng)是對(duì)開路或者故障時(shí)的設(shè)置，可以選擇保持輸出或者輸出跑最大及最小，要結(jié)合工藝流程，以安全為首要目的，以不會(huì)熱阻故障導(dǎo)致觸發(fā)連鎖為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。

2.3 微電壓信號(hào)

微電壓信號(hào)一般都是不帶變送器的熱電偶信號(hào)，可以選擇直接接入FBM202卡件底板?？?nèi)部提供3線100歐泊RTD作為冷端參考溫度補(bǔ)償。常用的K型熱電偶在FBM進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時(shí)使用SCI24進(jìn)行修正。

熱電偶也可以通過(guò)MTL5074安全柵轉(zhuǎn)換為電流后接入FBM。安全柵需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償設(shè)置，其他參考上述熱電阻。

2.4 處理問(wèn)題思路

遇到模擬量輸入故障，先看是單點(diǎn)故障還是多點(diǎn)同時(shí)故障，如果是多個(gè)AI點(diǎn)同時(shí)故障，則需迅速判斷是否為系統(tǒng)故障。查看硬地址，是否在同一個(gè)卡件上，查看故障點(diǎn)趨勢(shì)是否在同一時(shí)間突然階躍變化，或是直接開路，若有以上現(xiàn)象則可首先判斷為卡件故障。

若為單點(diǎn)故障，先找到AI點(diǎn)的接線位置，按類型對(duì)其檢查，檢查前要將所要將檢查點(diǎn)手動(dòng)，切除相關(guān)連鎖并告知工藝人員。處理時(shí)首先查看接線是否有松動(dòng)，脫落。

（1）電流信號(hào)，測(cè)量回路電壓，萬(wàn)用表串入回路測(cè)量電流。電壓、電流均正?；蚓徽岩墒峭ǖ绬?wèn)題或系統(tǒng)問(wèn)題。電壓正常，電流不正常則懷疑為現(xiàn)場(chǎng)儀表故障或線路故障。

（2）熱電阻信號(hào)，以三線制鉑電阻為例，分別測(cè)量三線間的電阻，正常情況下I－與Ic間線阻在10歐左右，I＋與I－，I＋與Ic之間電阻相差不多，減去線阻后以100Ω為0℃，電阻每增加（減少）38Ω則現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)溫度升高（降低）100℃，粗略計(jì)算電阻值是否在正常范圍內(nèi)。

（3）熱電偶信號(hào)，以K型熱電偶為例，首先測(cè)量熱偶電阻，正常情況應(yīng)只有十幾歐的線阻，測(cè)量器毫伏值，以0 m V為20℃（室溫），電勢(shì)每增加（減少）4 mV則現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)溫度升高（降低）100℃，粗略計(jì)算毫伏值是否在正常范圍內(nèi)。

（4）帶安全柵的信號(hào)，安全柵前的接線如上述檢查，若檢查無(wú)問(wèn)題而安全柵輸出電流不正常則為安全柵問(wèn)題。

3 典型事故

1）2014年5月22日5：20氣化1＃，2＃，3＃煤管線壓力13PI0101，13PI0201，13PI0301突然由4 MPA升至6 MPA，因?yàn)榇藟毫⑴c煤流量計(jì)算，導(dǎo)致3條管線煤流量各自下降了0.3 kg／s，然后又緩慢恢復(fù)至原流量，此時(shí)的煤流量實(shí)際已經(jīng)增加了。因?yàn)槿齻€(gè)壓力點(diǎn)在同一個(gè)卡件上，又是瞬間大幅增加，所以首先懷疑是卡件原因。查看同一卡件上的其他AI點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在同一時(shí)間點(diǎn)均有大幅增加。系統(tǒng)報(bào)警中沒(méi)有任何報(bào)警信息，卡件沒(méi)有出現(xiàn)故障提示。在機(jī)柜間拔下主卡后，系統(tǒng)切換至備卡，AI點(diǎn)指示均回復(fù)正常，重新插上主卡，將備卡拔掉，系統(tǒng)切回主卡后指示依舊正常，重新插上備卡。

2）空分裝置流量表FI01414A指示開路，從機(jī)柜間檢查發(fā)現(xiàn)該儀表為底板供電24 V，測(cè)量其回路無(wú)電流，電壓非常小，判斷是通道故障，更換通道后測(cè)量電流、電壓均正常，上位指示恢復(fù)正常。

3）現(xiàn)場(chǎng)增加honeywell儀表，掛手操器后無(wú)法建立通訊，檢查發(fā)現(xiàn)所加安全柵為MTL5042，實(shí)際供電輸出電壓只有18 V，更換為MTL5041后實(shí)測(cè)輸出電壓為22 V，現(xiàn)場(chǎng)重新用手操器建立通訊正常。

4）DCS的AI卡底板有I＋、I－、Ip三個(gè)端子，如現(xiàn)場(chǎng)表需要24V供電接Ip，I－端子。如現(xiàn)場(chǎng)儀表有獨(dú)立的供電，只是輸出的4－20 mA電流，或者供電儀表有安全柵供電，則需要接I＋、I－端子（不供電）。接線時(shí)需要先判斷現(xiàn)場(chǎng)儀表電流類型再選擇接線端子，防止接錯(cuò)供電方式而造成儀表故障。

5）6號(hào)站新加K1302信號(hào)均為現(xiàn)場(chǎng)電纜直接接入安全柵去FBM，沒(méi)有經(jīng)過(guò)中間端子柜?，F(xiàn)場(chǎng)電纜為單根銅芯線，硬度比較高，與軟線相比接入安全柵后，安全柵接線端子更吃勁，且當(dāng)開車期間某個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不敢去檢查，生怕會(huì)碰到附近的接線或安全柵引起誤動(dòng)作。如果在正常生產(chǎn)中某個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)故障，在處理過(guò)程中將會(huì)造成極大的隱患。

4 預(yù)判建議

1）將重要的AI點(diǎn)分開卡件。此前也做分卡的工作，但出現(xiàn)過(guò)的故障還是提醒我們工作做得不夠細(xì)致，作為重中之重的四條燒嘴管線，必須要做到不同管線的測(cè)量點(diǎn)不能進(jìn)同一個(gè)卡件。以前關(guān)注點(diǎn)更多是放在了進(jìn)入連鎖的點(diǎn)，現(xiàn)在應(yīng)該吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，重新進(jìn)行排查，特別是對(duì)參與重要運(yùn)算的，例如壓差，穩(wěn)壓補(bǔ)償，煤流量，氧流量等所有的AI點(diǎn)都要進(jìn)行細(xì)致排查。

2）熟悉并合理的使用安全柵。例如，同樣作為常用的電流輸入轉(zhuǎn)換的安全柵，MTL5041只能測(cè)量一路有源信號(hào)，輸出電壓高；MTL5042既可以測(cè)量有源信號(hào)又能測(cè)量無(wú)源信號(hào)，但輸出電壓低；MTL5043則可以一入兩出的測(cè)量有源信號(hào)且輸出電壓較高，但工作電流明顯高于其他兩個(gè)。可以根據(jù)實(shí)際情況及作用的不同，合理的分配使用不同型號(hào)的安全柵。

3）對(duì)于重要位置儀表，如氣化爐壓力，汽包液位等儀表，增加儀表測(cè)量點(diǎn)數(shù)量，以防止儀表在裝置正常生產(chǎn)中發(fā)生故障且無(wú)法更換而影響裝置的正常運(yùn)行。

4）增加中間端子柜將現(xiàn)場(chǎng)電纜硬線轉(zhuǎn)為軟線后接入安全柵，減少安全柵端子的受力，既保證了安全柵接線的牢固性，又方便以后查線。

5 結(jié)束語(yǔ)

I／A控制系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行中的顯現(xiàn)出了良好的控制性和優(yōu)異的可靠性，為煤氣化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行立下汗馬功勞。但系統(tǒng)的軟硬件只是其中一方面，人為因素也在其中起著關(guān)鍵作用。只有做好平時(shí)的系統(tǒng)維護(hù)，關(guān)鍵點(diǎn)故障的預(yù)防措施，對(duì)系統(tǒng)隱患的積極排查與處理，當(dāng)人為因素與系統(tǒng)軟硬件相結(jié)合，才能確保系統(tǒng)的長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

Analog input in the IA system

Hu Xu-yang（Zhongyuan Dahua Branch of Henan Energy＆Chemical Group，Puyang Henan 457004，China）

energy chemical industry group in Henan Zhongyuan Dahua Company coal chemical methanol 500kt／y project，The control system using FOXBORO＇s I／A control system.The analog input point in the solution of typical accident principle，I／A control system，the problem of.

analog Input；I／A control system；methanol

TP273.2

B

1003-6490（2015）03-050-03

2015－02－23

胡旭陽(yáng)（1987－），男，山東陽(yáng)谷人，助理工程師，主要研究方向?yàn)閮x表自動(dòng)化控制。