淺析中控DeltaV系統(tǒng)卡件檢查方法

楊 光

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司 山東煙臺265700)

中控系統(tǒng)的穩(wěn)定被許多大型煉油廠、發(fā)電廠和海上采油平臺作為運(yùn)維工作的重中之重，并進(jìn)行專項(xiàng)管理。中控系統(tǒng)由成千上萬個卡件組成，卡件的運(yùn)行穩(wěn)定決定了中控系統(tǒng)的穩(wěn)定，及時發(fā)現(xiàn)故障卡件，并有效處理能夠減少經(jīng)濟(jì)損失。趙國斌[1]對 DCS卡件故障引發(fā)液氬換熱器擊穿事件進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出解決對策；李劍等[2]對西門子T3000DEH系統(tǒng)卡件通信中斷邏輯優(yōu)化及 FM458故障在線處理進(jìn)行了分析，并提出解決方案；羅建友[3]對 CS3000系統(tǒng)與ESD系統(tǒng)通訊故障分析及處理提出了自己的觀點(diǎn)。海上采油平臺使用 DeltaV系統(tǒng)作為中控系統(tǒng)，其卡件故障必須及時發(fā)現(xiàn)，郭永新[4]提出優(yōu)化火氣關(guān)斷系統(tǒng)(FGS)與緊急停車系統(tǒng)(ESD)之間關(guān)聯(lián)信號及對中控系統(tǒng) DCS報(bào)警事件進(jìn)行因果分別歸類，解決故障卡件檢查問題。王彬[5]提出對中控系統(tǒng)邏輯關(guān)斷進(jìn)行優(yōu)化，降低故障卡件發(fā)生概率。敖四斌[6]結(jié)合現(xiàn)場故障處理，針對 PLC配置特點(diǎn)，對其配置進(jìn)行調(diào)整，迅速判斷故障卡件。鄭建林[7]針對 DEH系統(tǒng)中 FM458卡件在線處理的預(yù)想進(jìn)行試驗(yàn)論證。筆者從海上平臺中控的 DeltaV系統(tǒng)具備的邏輯關(guān)斷縝密、故障率低、系統(tǒng)使用環(huán)境廣泛等特點(diǎn)，從卡件日常檢查出發(fā)，提出及時發(fā)現(xiàn)故障卡件的方法，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 中控卡件工作機(jī)理

中控卡件是組成中控系統(tǒng)的核心部件，是中控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。DeltaV I/O子系統(tǒng)支持多種I/O卡件，其中包括模擬量和離散輸入輸出卡件、HART輸入和輸出卡件、串行卡件、熱電偶 mV、RTD、ohms以及本安模擬量和離散量輸入輸出卡件。I/O子系統(tǒng)由接線端子和 I/O卡件組成，底板上的接線端子可以為現(xiàn)場接線提供螺絲，I/O卡件扣掛在底板上的接線端子上。I/O卡件將現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)男问郊右钥刂撇⑦M(jìn)行通信。一個I/O子系統(tǒng)最多可支持64個I/O卡件。為簡化安裝并保證I/O接口適合工廠環(huán)境，I/O接線端子有符合 I/O卡件密鑰的現(xiàn)場接線保護(hù)密鑰。密鑰保證I/O卡件和I/O接線端子相匹配；只有在密鑰符合的情況下，I/O卡件才能插入I/O接線端子。

2 中控卡件檢查方法

2.1 控制柜內(nèi)部卡件狀態(tài)人為檢查

海上平臺時刻都有值班人員現(xiàn)場檢查，針對重點(diǎn)位置及設(shè)備每2小時必須進(jìn)行全面檢查，其中包括中控系統(tǒng)檢查。在中控系統(tǒng)檢查中，檢查其所有卡件指示燈是否正常。中控系統(tǒng)各卡件狀態(tài)指示燈自帶電源狀態(tài)指示燈顯示“Power/Active”，卡件故障指示燈顯示“Error”；部分冗余卡件自帶狀態(tài)投用指示燈顯示“Active”，備用狀態(tài)指示燈顯示“Standby”，通過對卡件狀態(tài)指示燈進(jìn)行檢查是判斷卡件工況最直觀的方法之一。一般大中型油田中控的 DeltaV系統(tǒng)有卡件 1,500個以上，因此檢查人員必須仔細(xì)認(rèn)真，方能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低卡件故障率。

2.2 卡件熱成像檢查

中控系統(tǒng)各卡件極易受到環(huán)境的影響，如溫度異?？赡軐?dǎo)致卡件接線端子和內(nèi)部金屬元件腐蝕加劇、系統(tǒng)故障率提升；另外當(dāng)卡件負(fù)荷異常或者接線端子接觸不良時，溫度也會隨之上升?？L期在異常負(fù)荷、高溫下運(yùn)行，將極大地減少其有效壽命，因此定期對各卡件進(jìn)行溫度檢測已成為必然選擇。

海上平臺利用熱成像儀(FLUKE Ti32 IR FUSION TECHNOLOGY)能夠快速、實(shí)時地采用非接觸手段在線監(jiān)測和診斷設(shè)備過熱故障，定期對中控系統(tǒng)各控制器、電源模塊以及各控制卡件進(jìn)行檢測，并將熱成像儀生成圖片進(jìn)行前后對比，在防患于未然方面起到了良好效果(見圖1)。

2.3 卡件故障報(bào)警檢查

圖1 檢查人員正在對中控卡件進(jìn)行熱成像檢查Fig.1 An inspector performs thermal imaging exam on the central control card

當(dāng)中控系統(tǒng)卡件出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會以報(bào)警方式反饋到操作站，儀控值班人員通過查詢報(bào)警信息了解報(bào)警內(nèi)容，進(jìn)而對卡件進(jìn)行檢查維修。該方法是被動方法，重要卡件出現(xiàn)故障會導(dǎo)致現(xiàn)場生產(chǎn)流程中斷和設(shè)備關(guān)停。

2.4 中控卡件自診斷系統(tǒng)應(yīng)用

中控 DeltaV系統(tǒng)提供了覆蓋整個系統(tǒng)及現(xiàn)場設(shè)備的診斷功能。無論是盡快地檢查控制網(wǎng)絡(luò)通訊、驗(yàn)證控制器冗余，還是檢查智能現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，DeltaV系統(tǒng)的診斷功能都是一種快速簡便獲取信息的工具。它可以完成從通訊、控制器、工作站、I/O 卡件直到現(xiàn)場儀表的診斷；冗余卡件自動識別，故障報(bào)警；系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和設(shè)備診斷、軟件數(shù)據(jù)維護(hù)等。

現(xiàn)場值班人員通過逐個查看卡件診斷信息，分析卡件運(yùn)行數(shù)據(jù)，對中控系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)檢查，是對中控卡件進(jìn)行檢查的最有效方法之一(見圖2)。

圖2 通過系統(tǒng)診斷可以查看各卡件狀態(tài)Fig.2 Viewing of the status of each card though system diagnosis

2.5 卡件健康狀態(tài)可視化檢查

海上平臺在綜合分析各中控卡件檢查維護(hù)方式的基礎(chǔ)上，以創(chuàng)新方式設(shè)計(jì)了中控健康狀態(tài)可視化功能。它的主要優(yōu)勢是使中控卡件檢查具有較強(qiáng)的針對性，故障排查更加快捷和直觀。

如圖3所示，“中控卡件健康狀態(tài)可視化”是指由系統(tǒng)的自診斷功能采集中控卡件“關(guān)鍵”運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括卡件內(nèi)部狀態(tài)參數(shù)“STATUS”、卡件是否正常存在參數(shù)“Card Exists”、控制器效率參數(shù)“Fre Processor Time”以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù)等，通過組態(tài)將卡件運(yùn)行的“關(guān)鍵數(shù)據(jù)”反映到操作站畫面上，實(shí)現(xiàn)卡件健康狀態(tài)的“可視化”。這一功能極大地提高了儀控人員對中控系統(tǒng)檢查及維護(hù)的高效性；同時，在卡件出現(xiàn)故障的情況下“健康診斷系統(tǒng)”會以報(bào)警的方式給操作員作出提示，便于第一時間發(fā)現(xiàn)問題，在降低系統(tǒng)事故發(fā)生率，保證生產(chǎn)連續(xù)性，提升生產(chǎn)安全性方面作用突出(見圖3)。

圖3 中控自診斷系統(tǒng)顯示(紅色為故障卡件，綠色為正常卡件)Fig.3 The display of the control self-diagnosis system(red as fault，green as normal cards)

3 結(jié) 論

自2014年5月8日中控卡件健康狀態(tài)可視化系統(tǒng)應(yīng)用以來，共計(jì)及時發(fā)現(xiàn)和處理關(guān)鍵故障卡件13個，避免平臺及上游平臺大面積關(guān)停9次，提高油井生產(chǎn)時率11%,，減少油井關(guān)停導(dǎo)致檢泵作業(yè)9次，降低費(fèi)用1,700余萬元?！?/p>

［1］趙國斌.DCS卡件故障引發(fā)液氬換熱器擊穿事件分析與對策[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014(4)：163-164.

［2］李劍.瞿丹波，徐興臣，等.西門子 T3000DEH 系統(tǒng)卡件通信中斷邏輯優(yōu)化及 FM458故障在線處理方案[J].浙江電力，2017(7)：63-68.

［3］羅建友.CS3000系統(tǒng)與 ESD系統(tǒng)通訊故障分析及處理[J].信息與電腦：理論版，2010(11)：155.

［4］郭永新.海上氣田中控系統(tǒng)的優(yōu)化[J].石油化工自動化，2017(4)：57-59.

［5］王彬.海洋平臺應(yīng)急關(guān)斷邏輯優(yōu)化研究[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2017(1)：53-57.

［6］敖四斌.判斷 PLC系統(tǒng)故障的卡件[J].中國設(shè)備工程，2001(11)：35-36.

［7］鄭建林.DEH系統(tǒng)FM458卡件故障處理分析探討[J].電力學(xué)報(bào)，2014(4)：364-366.