淺談儀表常見(jiàn)故障分析和處理

郭柱

摘 要：在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)生產(chǎn)和儀表調(diào)試過(guò)程中，一些常見(jiàn)的儀表故障現(xiàn)象、造成原因進(jìn)行分析，并提出解決的方法。

關(guān)鍵詞：儀表故障;信號(hào)切換;干擾;I/O開(kāi)路;故障處理

1 引言

隨著儀表自動(dòng)化水平的不斷提高和發(fā)展，儀表本身的制造質(zhì)量日臻完善，出現(xiàn)故障的幾率越來(lái)越少，但出現(xiàn)故障后分析和判斷故障的難度加大。要排除故障、解決問(wèn)題，儀表維護(hù)人員不僅要對(duì)儀表的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能熟悉外，還需了解生產(chǎn)過(guò)程控制中的每個(gè)環(huán)節(jié)。下面就生產(chǎn)和儀表調(diào)試過(guò)程中一些常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，并提出一些解決方法供參考。

2 自動(dòng)化儀表典型故障分析和處理

2.1 采用隔離技術(shù)，解決氧含量信號(hào)切換干擾

2.1.1 故障起因

乙醛裝置HIMA聯(lián)鎖系統(tǒng)是從德國(guó)西門(mén)子公司引進(jìn)的成套設(shè)備，76年開(kāi)始投用。近幾年來(lái)，HIMA聯(lián)鎖系統(tǒng)故障頻繁，誤動(dòng)作多，存在很大安全隱患。在這次大修改造中，由HONEYWELL公司的FSC聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)替代。經(jīng)過(guò)這次改造后，模擬量測(cè)量信號(hào)通過(guò)原信號(hào)分配器，分別傳送到FSC、KMM、KMS、KMR等儀表實(shí)現(xiàn)信號(hào)共享。其中三臺(tái)在線氧分儀（ARAS-1102、1103、1104）是檢測(cè)循環(huán)氣中的氧含量，工藝控制的報(bào)警值是6.5%，聯(lián)鎖值是7.0%，是重要的聯(lián)鎖信號(hào)，采用三取二聯(lián)鎖方式，儀表屏上安裝了一臺(tái)信號(hào)切換開(kāi)關(guān)，可以任意將三臺(tái)在線氧分儀中的一組測(cè)量信號(hào)傳送至FFRCQ-1204（KMM調(diào)節(jié)器）進(jìn)行串級(jí)調(diào)節(jié)。氧含量在乙醛裝置氧化反應(yīng)（為O2-C2H4）過(guò)程中的控制原理圖如下：

O2和C2H4的測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)KMM內(nèi)部功能模塊運(yùn)算（1：2），生成一個(gè)比值系數(shù)，作為FFRCQ-1204的測(cè)量信號(hào)，而ARCAS-1102的輸出信號(hào)作為FFRCQ-1204的外部給定信號(hào)，組成一個(gè)帶串級(jí)調(diào)節(jié)的比值控制系統(tǒng)。如果ARAS-1102（1103、1104）的測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生偏差，將直接影響到氧化反應(yīng)系統(tǒng)的正常反應(yīng)，使裝置工藝控制參數(shù)發(fā)生變化，同時(shí)影響到裝置的安全運(yùn)行及乙烯單耗。

在FSC改造的過(guò)程中，當(dāng)內(nèi)部接線完成后進(jìn)行模擬調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)3臺(tái)氧分儀的測(cè)量信號(hào)在切換時(shí)，產(chǎn)生相互干擾，信號(hào)出現(xiàn)偏差;采取了各種方法進(jìn)行調(diào)試、結(jié)果都無(wú)法解決問(wèn)題，經(jīng)分析：?jiǎn)栴}的關(guān)鍵出在切換開(kāi)關(guān)上。

2.1.2 分析切換開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)和工作原理

通過(guò)對(duì)切換開(kāi)關(guān)系統(tǒng)接線、線路板和系統(tǒng)控制部分進(jìn)行分析：

（1）切換開(kāi)關(guān)邏輯原理圖如下：

注：①SB2、SB3、SB4是ARAS-1102、1103、1104的切換按鈕。

②R2、R3、R4是原切換開(kāi)關(guān)中的繼電器。③R3、R4是新安裝的繼電器。

（2）切換開(kāi)關(guān)控制接線圖（改造后）。

從上面兩幅圖中可知：

切換開(kāi)關(guān)電源合上后，R2繼電器優(yōu)先得電動(dòng)作、正極信號(hào)由R2繼電器15、16觸點(diǎn)輸送到ARCAS-1102調(diào)節(jié)器的23端子，負(fù)極信號(hào)再輸送到ARCAS-1102的24端子，然后經(jīng)ARCAS-1102調(diào)節(jié)器的輸出端子3、4，把信號(hào)再傳送到FFRCQ-1204調(diào)節(jié)器（KMM），組成一個(gè)帶串級(jí)調(diào)節(jié)的比值控制回路。當(dāng)切換開(kāi)關(guān)分別切換到ARCAS-1103和ARCAS-1104時(shí);由ARCAS-1103或ARCAS-1104組成一個(gè)帶串級(jí)調(diào)節(jié)的比值控制回路。但是，由于三路信號(hào)負(fù)極采用共負(fù)端形式（都是由R2繼電器的6、7觸點(diǎn)輸送），而且三路信號(hào)中各自串接了一只120Ω電阻作為負(fù)載，這樣對(duì)于整個(gè)控制回路來(lái)講，最大負(fù)載量就超過(guò)了控制回路所規(guī)定的值（信號(hào)分配器內(nèi)串聯(lián)了一個(gè)250Ω+FSC信號(hào)輸入端的250Ω+切換開(kāi)關(guān)內(nèi)的120Ω+信號(hào)回路中的線路電阻等≥600Ω），從而影響到整個(gè)測(cè)量回路，使實(shí)際測(cè)量信號(hào)與顯示不對(duì)應(yīng)、出現(xiàn)偏差，并產(chǎn)生相互的干擾、影響了整個(gè)帶串級(jí)調(diào)節(jié)的比值控制回路的正?？刂啤?/p>

如何解決問(wèn)題，有三種方法：

（1）需重新選型購(gòu)買(mǎi)新的切換開(kāi)關(guān)。但重新選型購(gòu)買(mǎi)，在時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)肯定無(wú)法準(zhǔn)時(shí)開(kāi)車(chē)。

（2）自己動(dòng)手對(duì)原切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行改造。盡管沒(méi)有圖紙和相關(guān)的資料，但是根據(jù)以上的分析應(yīng)該是正確的，因此，選擇了第2種方案。

2.1.3 改造措施

根據(jù)以上的分析結(jié)論，需采取以下的改造措施：

（1）共負(fù)極信號(hào)采用繼電器隔離技術(shù)。由于原切換開(kāi)關(guān)回路中采用共負(fù)極方法取輸出信號(hào)，引起信號(hào)切換過(guò)程中相互干擾。因此，只需在切換開(kāi)關(guān)中加裝兩只繼電器，對(duì)負(fù)信號(hào)進(jìn)行分離，使三路負(fù)信號(hào)各自單觸點(diǎn)輸出，互不干擾。

（2）取消原切換控制回路中的電阻負(fù)載，使整個(gè)控制回路的負(fù)載小于最大控制負(fù)載值，保證控制回路達(dá)到正常運(yùn)行技術(shù)要求。

（3）由于我們現(xiàn)有的繼電器體積較大，在切換開(kāi)關(guān)內(nèi)部安裝、排線、焊接過(guò)程中需確保安全可靠，符合技術(shù)要求。

2.1.4 改造效果

改造后的切換開(kāi)關(guān)安裝后經(jīng)調(diào)試確認(rèn)，現(xiàn)場(chǎng)分析室輸出的電流信號(hào)（ARAS-1102、1103、1104），經(jīng)電源信號(hào)分配器分別傳送到FSC、KMM、KMS、KMR及切換開(kāi)關(guān)后，實(shí)際測(cè)量信號(hào)與顯示信號(hào)和控制回路中的信號(hào)相一致，并且三路信號(hào)在切換過(guò)程中互不干擾，完全符合儀表控制要求，達(dá)到理想的設(shè)計(jì)、改造效果，保證了FSC改造工作的順利進(jìn)行，確保了裝置正常開(kāi)車(chē)。

2.2 熱電阻測(cè)溫信號(hào)異常及故障處理

2.2.1 熱電阻測(cè)溫信號(hào)異常分析

我廠循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)溫度相繼發(fā)生溫度顯示異常故障，其現(xiàn)象是在中控室CRT上溫度顯示呈無(wú)規(guī)律跳躍，在現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)溫元件正常，在DCS控制站中繼端子測(cè)得的電阻值與實(shí)際溫度均呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們采取了更換熱電阻、檢查測(cè)溫信號(hào)傳輸電纜屏蔽接地、更換DCS信號(hào)處理通道等措施，但都沒(méi)有效果。為了找到故障原因，我們又重新鋪設(shè)了1根電纜，仍不能解決問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)試、檢查分析，得到的結(jié)論是在測(cè)溫信號(hào)中混進(jìn)了干擾信號(hào)，為此我們采取了如下處理方法。

2.2.2 故障處理

（1）改變信號(hào)接地方式。熱電阻測(cè)溫信號(hào)通常采用三線制接線方式，使用KYVRP3×1.5屏蔽電纜引至DCS現(xiàn)場(chǎng)站中繼柜內(nèi)，電纜屏蔽，在中繼柜內(nèi)接地。解決的方法是將熱電阻Pt100的B、b二根信號(hào)線在中繼柜端子處與電纜屏蔽接在一起，將干擾信號(hào)引入大地，以此方法消除干擾信號(hào)，即可使該點(diǎn)溫度顯示恢復(fù)正常。

（2）改變信號(hào)傳送方式?？稍诂F(xiàn)場(chǎng)加裝Pt100熱電阻溫度變換器或更換一體化溫變熱電阻，將Pt100電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4～20mADC信號(hào)，并相應(yīng)改變DCS輸入信號(hào)通道，這種方法也可消除信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的干擾，使DCS顯示的溫度恢復(fù)正常，因?yàn)?～20mADC信號(hào)的抗干擾能力非常強(qiáng)，溫度變換器安裝位置可依現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況決定，但最好選擇室內(nèi)安裝，這種方法的缺點(diǎn)是增加了設(shè)備投資，同時(shí)需要提供變換器電源。

2.3 DCS顯示控制閥I/O開(kāi)路

2.3.1 故障原因

在上?；^(qū)BASF聚氨酯公司進(jìn)行儀表回路調(diào)試中，碰到這樣一個(gè)問(wèn)題：DCS顯示控制閥I/O開(kāi)路，一般來(lái)說(shuō)這是一個(gè)常見(jiàn)的故障。故障分析原因總是這幾條：①回路信號(hào)開(kāi)路，連接電纜故障;②DCS組態(tài)通道與接線端子圖沒(méi)有對(duì)應(yīng);③I/O模塊通道壞;④控制閥閥門(mén)定位器壞等。但是，通過(guò)以上檢查均無(wú)問(wèn)題。DCS系統(tǒng)為Emerson的DeltaV，其中I/O模板都支持HART通訊協(xié)議，而控制閥是德國(guó)Samson公司的3730-3閥門(mén)定位器，且具有HART通訊功能。

2.3.2 故障分析

（1）回路信號(hào)開(kāi)路，通過(guò)對(duì)信號(hào)電纜進(jìn)行檢測(cè)、信號(hào)干擾、絕緣和屏蔽接地等測(cè)試均無(wú)故障;用FLUKE707過(guò)程校驗(yàn)儀在DCS機(jī)柜接線端子上加4～20mADC信號(hào)控制閥開(kāi)度0～100%運(yùn)行正常。

（2）用此DCS的I/O通道去控制別的同型號(hào)的閥門(mén)定位器，故障現(xiàn)象消除;而信號(hào)電纜經(jīng)檢查確實(shí)也無(wú)問(wèn)題;用同樣的笨辦法把現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)的控制電纜接到別的同型號(hào)的閥門(mén)定位器上，DCS畫(huà)面顯示回路正常，故障消失;因此，矛盾都集中在閥門(mén)定位器上。

（3）Samson公司的3730-3閥門(mén)定位器，支持HART通訊協(xié)議，而Emerson的DeltaV，其中I/O模板都支持HART協(xié)議;詢問(wèn)Emerson的組態(tài)工程師：I/O模塊的通道是否組態(tài)成HART協(xié)議支持，經(jīng)查看組態(tài)確實(shí)是在HART協(xié)議支持上打勾，而且所有的輸出模擬通道都要求支持HART通訊協(xié)議;此時(shí)提議Emerson的組態(tài)工程師作個(gè)試驗(yàn)，把I/O模塊的通道組態(tài)成非HART信號(hào)回路，改好后I/O回路顯示正常，同時(shí)在DCS畫(huà)面改變控制閥的輸出都一一對(duì)應(yīng)。說(shuō)明，故障還是在閥門(mén)定位器，而且是定位器內(nèi)的通訊部分故障。

（4）PC和3730-3閥門(mén)定位器之間的通訊是基于HART協(xié)議;若由于信號(hào)回路中的供電電壓變得太低也會(huì)影響控制站與閥門(mén)定位器之間的通訊，經(jīng)查回路電壓工作正常;通過(guò)對(duì)閥門(mén)定位器功能圖的詳細(xì)分析，功能圖如下：

從解析功能圖可知，信號(hào)電纜從W端一路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，再到μC微控制器;另一路從W端口經(jīng)HART調(diào)制解調(diào)器FSK再到μC微控制器。由于在閥門(mén)定位器加4～20mADC信號(hào)時(shí)，閥門(mén)的開(kāi)度在0～100%范圍都一一對(duì)應(yīng)，說(shuō)明信號(hào)從A/D轉(zhuǎn)換器到μC微控制器這一路都正常;故障就出在FSK調(diào)制解調(diào)器上，由于DCS軟件組態(tài)成HART通訊協(xié)議支持，它在聯(lián)接硬件（閥門(mén)定位器）時(shí)，對(duì)點(diǎn)的通訊回路有個(gè)診斷的過(guò)程，檢測(cè)FSK調(diào)制解調(diào)器時(shí)發(fā)生故障，使通訊沒(méi)有通過(guò)，從而出現(xiàn)了I/O開(kāi)路現(xiàn)象?？偠灾N種跡象表明故障就是閥門(mén)定位器。

2.3.3 故障處理

通過(guò)上面的各種分析、測(cè)試和試驗(yàn)，確定故障為Samson公司的3730-3閥門(mén)定位器;由于這是工程的建設(shè)階段，此控制閥還在廠家的保運(yùn)時(shí)間，且又是廠家的責(zé)任;因此，通知廠家更換閥門(mén)定位器，經(jīng)重新安裝調(diào)試后故障消失。

3 結(jié)束語(yǔ)

科技的進(jìn)步和儀表自動(dòng)化水平的不斷提高和發(fā)展，出現(xiàn)的儀表故障種類(lèi)繁多，分析和判斷故障的難度也日益加大;因此，儀表維護(hù)人員不僅自身要加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)水平地學(xué)習(xí)，還需進(jìn)一步了解生產(chǎn)過(guò)程控制中的每個(gè)環(huán)節(jié)，以利于提高處理故障地能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]SAMSON 3730-3型電氣閥門(mén)定位器 安裝和操作指導(dǎo)[J].汽車(chē)世界.