FPSO儀表回路測試與檢測

孫瑋

摘? 要：FPSO一種集油氣處理，儲存，外輸，生活辦公與一體并長期系泊在固定海域的新型石油平臺，現(xiàn)在已是海上油田開采的重要設(shè)備之一，文章就對FPSO儀表回路測試和檢測進行解析。

關(guān)鍵詞：FPSO;儀表回路;信號類型

中圖分類號：TQ056? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0069-02

引言

FPSO是在海洋石油天然氣工業(yè)中使用的浮式生產(chǎn)儲存卸貨裝置。FPSO工作過程的自動化程度要求非常高，因為無論是在生產(chǎn)過程中還是生活辦公過程中，各種電器設(shè)備、易燃易爆氣體甚至一些有毒氣體都是可能威脅到作業(yè)人員的安全的，所以這就要求平臺上盡可能的實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)自動化并建立更加完善的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，完成這一目的的核心就是石油平臺上的中央控制系統(tǒng)SAS（safety and automation system）。本文就FPSO的中央控制系統(tǒng)SAS中各種不同信號類型的儀表回路的測試和檢測進行解析。

1 SAS儀表回路

SAS儀表回路一般指從現(xiàn)場儀表經(jīng)過接線箱，端子排，安全柵在到機柜的卡鍵，組成一個回路，儀表回路又可分為開環(huán)和閉環(huán)，開環(huán)是指現(xiàn)場檢測儀表信號傳到二次表或 DCS 或 PLC 進行指示或報警;閉環(huán)是指現(xiàn)場檢測儀表信號傳到二次表或 DCS或PLC后經(jīng)過運算，再將同計算結(jié)果相關(guān)的信號輸出到執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥，變頻器等）;閉環(huán)回路又可分為簡單回路和復(fù)雜回路（串級，分程，比值等都可看作復(fù)雜控制回路），如果把FPSO比作人的身體的話，那么SAS中控系統(tǒng)就相當(dāng)于是大腦，儀表回路則是神經(jīng)系統(tǒng)，SAS中控系統(tǒng)通過儀表回路來檢測和維護FPSO的正常運行。

2 SAS儀表回路的信號類型

FPSO生產(chǎn)過程中，會涉及到溫度、壓力、流量、液位、開關(guān)狀態(tài)等等很多物理量或者化學(xué)量，為了生產(chǎn)的安全性和高效性，這些物理量和化學(xué)量需要自動化集成在SAS中，以便及時監(jiān)控，而這些物理量和化學(xué)量是是不可能直接傳輸?shù)絊AS中控系統(tǒng)的，它們需要先轉(zhuǎn)化成電氣信號（4-20mA，0-24VDC 等等），為了有效的管理這些轉(zhuǎn)化的電氣信號，我們大致將它們分為四類：模擬輸入AI（Analog Input），數(shù)字輸入 DI（Digital Input），模擬輸出 AO（Analog Output），數(shù)字輸出DO（Digital Output）。

2.1 模擬輸入 AI（Analog Input）

模擬輸入 AI（Analog Input）主要是指一些現(xiàn)場的物理量或者化學(xué)量轉(zhuǎn)換成4-20mA的電氣信號傳輸?shù)絊AS中控系統(tǒng)中，這類現(xiàn)場儀表主要包括：壓力、溫度、流量、液位傳送器，震動傳感器，重量傳感器，火氣探測器，火氣報警器等。

2.1.1 壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器

顯示傳送器儀表回路的測試，一般步驟為：0→LL（低低報警消失）→L（低報警消失）→50%→H（高報警出現(xiàn)）→HH（高高報警出現(xiàn)）→100%→HH（高高報警消失）→H（高報警消失） →50%→L（低報警出現(xiàn)）→LL（低低報警出現(xiàn)）→0;最后做 OPEN LOOP（斷路）測試。

上述調(diào)試步驟并不固定，只需要保證SAS中控系統(tǒng)的畫面顯示與本地儀表的顯示是一一對應(yīng)的并且可以滿量程測試，當(dāng)然在測試前與測試過程中，都有可能遇到各種各樣的回路錯誤報警，如果遇到此類問題，這時就需要對回路進行檢測。

儀表回路檢測主要包括兩部分：硬件檢測和軟件檢測。硬件檢測即檢測現(xiàn)場儀表、接線箱、端子排、安全柵、機柜的卡鍵、SAS服務(wù)器以及連接它們的電纜是否完好無損并正確連接;軟件檢測即檢測SAS中控系統(tǒng)中的邏輯程序和 HMI（顯示器上的儀表畫面）是否準(zhǔn)確無誤。對于上述壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器的檢測，因為是將測量量轉(zhuǎn)化成4-20mA的電流信號，所以我們只需用信號發(fā)生器在現(xiàn)場儀表側(cè)給出4-20mA的電流信號，然后觀察SAS中控系統(tǒng)操作站的儀表畫面的相關(guān)反應(yīng)就可以確定是硬件故障還是軟件故障，最后參閱相關(guān)設(shè)計文件消除檢測故障。

2.1.2 震動、重量、分析顯示傳感器

這儀表類型的測試與檢測方法與2.1.1壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器大致相同，只不過這類儀表的測量量比較抽象，在重新校對儀表的時候需要更加仔細認真。

2.1.3 火氣探測器、火氣報警器

這類火氣儀表的測試和檢測方法與2.1.1壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器也大致相同，特點是不但測量量比較抽象，而且都是安全范疇內(nèi)的，這就要求回路中要帶有回路檢測，這樣回路故障可以及時被發(fā)現(xiàn)處理。

2.2 數(shù)字輸入DI（Digital Input）

數(shù)字輸入DI（Digital Input）是指現(xiàn)場的一些開關(guān)、按鈕的狀態(tài)轉(zhuǎn)化成0-24VDC的電壓信號傳輸?shù)絊AS中控系統(tǒng)中，這類現(xiàn)場設(shè)備主要分包括：位置、壓力、流量、液位開關(guān)，按鈕，公共告警燈等等。

2.2.1 位置、壓力、流量、液位開關(guān)

位置、壓力、流量、液位開關(guān)是將現(xiàn)場的開關(guān)的開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的0和24VDC電壓信號。這類位置、壓力、流量、液位開關(guān)回路的測試一般步驟為：現(xiàn)場位置開關(guān)打到關(guān)狀態(tài)，機柜的卡鍵接收到24VDC的電壓信號，中控系統(tǒng)中位置開關(guān)畫面顯示關(guān)狀態(tài);位置開關(guān)再打到開狀態(tài)，機柜的卡鍵接收到的24VDC電壓信號消失，中控系統(tǒng)中位置開關(guān)畫面顯示開狀態(tài)。

回路檢測也同樣是兩部分：硬件檢測和軟件檢測。其檢測方法與步驟與上述傳送器一樣，但因為是轉(zhuǎn)化為0-24VDC電壓信號，所以使用的檢測儀器不再是信號發(fā)生器，而是可以直接使用萬用表在現(xiàn)場開關(guān)一端測量相關(guān)電纜的電壓多少來確定是硬件故障還是軟件故障，然后進行整改。

2.2.2 按鈕

應(yīng)急停止按鈕是將觸發(fā)狀態(tài)和非觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的24VDC和0電壓信號，應(yīng)急停止按鈕也是一類常見的VFC（干接觸）信號類型，因此，測試和檢測方法與 2.2.1 位置、壓力、流量、液位開關(guān)是相同的，只不過這類應(yīng)急停止按鈕如果觸發(fā)，可能導(dǎo)致一些設(shè)備突然關(guān)停，發(fā)生安全隱患，所以在測試前要先把應(yīng)急停止按鈕強制不生效（Force On）。

2.3 模擬輸出 AO（Analog Output）

模擬輸出 AO（Analog Output）主要是指SAS中控系統(tǒng)中的控制信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電氣信號傳輸?shù)浆F(xiàn)場控制閥，控制閥做出相應(yīng)的動作來保證生產(chǎn)過程的正常運行?？刂崎y由兩個主要的組合件構(gòu)成：閥體組合件和執(zhí)行機構(gòu)組合件（或執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)），這里所講的4-20mA的電氣信號主要就是傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)組合件中的電磁閥，而電磁閥則是用來控制氣動執(zhí)行機構(gòu)開關(guān)的，這樣就達到了控制閥門開關(guān)的目的，電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。

這類控制閥測試步驟：通電通氣后，由SAS中控系統(tǒng)給出控制閥輸出值（0→50%→100%→50%→0），最后做FO（Fail Open）、FC（Fail Close）測試。

控制閥回路檢測同樣主要包括兩部分：硬件檢測和軟件檢測。硬件檢測即檢測現(xiàn)場控制閥、接線箱、端子排、安全柵、機柜的卡鍵、SAS服務(wù)器以及連接它們的電纜是否完好無損并正確連接;軟件檢測即檢測SAS中控系統(tǒng)中的邏輯程序和HMI（顯示器上的儀表畫面）是否準(zhǔn)確無誤。對于上述控制閥的檢測，因為是將控制量轉(zhuǎn)化成4-20mA的電流信號，所以我們只需用萬用表在端子排和控制閥兩側(cè)同時測試一下電流信號并對比一下，然后觀察現(xiàn)場控制閥的相關(guān)反應(yīng)就可以確定是硬件故障還是軟件故障，最后參閱相關(guān)設(shè)計文件消除檢測故障。

2.4 數(shù)字輸出AO（Analog Output）

數(shù)字輸出AO（Analog Output）主要是指SAS中控系統(tǒng)中的控制信號轉(zhuǎn)換成 24VDC 的電氣信號傳輸?shù)浆F(xiàn)場儀表設(shè)備，儀表設(shè)備做出相應(yīng)的動作來保證生產(chǎn)過程的正常運行。這類儀表設(shè)備主要包括：電磁閥，開關(guān)，報警燈，喇叭等等。這類儀表設(shè)備測試步驟：由SAS中控系統(tǒng)給出動作指令，觀察現(xiàn)場儀表設(shè)備的相應(yīng)反應(yīng)。

回路檢測主要包括兩部分：硬件檢測和軟件檢測。硬件檢測即檢測現(xiàn)場控制閥、接線箱、端子排、安全柵、機柜的卡鍵、SAS服務(wù)器以及連接它們的電纜是否完好無損并正確連接;軟件檢測即檢測SAS中控系統(tǒng)中的邏輯程序和 HMI（顯示器上的儀表畫面）是否準(zhǔn)確無誤。對于上述儀表設(shè)備的檢測，因為是將控制量轉(zhuǎn)化成24VDC電壓信號，所以我們只需用萬用表在端子排和現(xiàn)場儀表兩側(cè)同時測試一下電壓信號并對一下，然后觀察現(xiàn)場儀表設(shè)備的相關(guān)反應(yīng)就可以確定是硬件故障還是軟件故障，最后參閱相關(guān)設(shè)計文件消除檢測故障。

3 結(jié)束語

本文介紹SAS儀表回路定義，以及SAS儀表回路的信號類型，探討了儀表設(shè)備測試步驟，并對回路檢測進行了研究，實際工作中還應(yīng)根據(jù)具體儀表和相關(guān)設(shè)計文件進行檢測，通過大量的測試和數(shù)據(jù)積累，可以有效掌握儀表測試與檢測，及其處理和解決問題的方法。

參考文獻：

[1]邱祥倫.石油化工自動化儀表控制技術(shù)及儀表控制[J].工業(yè)自動化儀表，2018.

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