基于軟件方法提高聯(lián)鎖回路的可用性

蔣貴文 于洪波

（中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司信息網(wǎng)絡(luò)公司）

聯(lián)鎖保護(hù)對(duì)于保證石化生產(chǎn)工藝過(guò)程的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用， 但是由于儀表設(shè)備故障或者測(cè)量假顯而引起的誤聯(lián)鎖， 卻對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的影響非常大， 輕則引起產(chǎn)品質(zhì)量不合格，重則導(dǎo)致裝置停工或者循環(huán)。 為了使聯(lián)鎖保護(hù)回路起到對(duì)過(guò)程安全的保護(hù)作用， 又不會(huì)過(guò)保護(hù)， 提出通過(guò)對(duì)聯(lián)鎖回路信號(hào)的有效性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，剔除有問(wèn)題的測(cè)量信號(hào)，保留有效聯(lián)鎖回路信號(hào)，以期降低誤聯(lián)鎖幾率，提高聯(lián)鎖回路的可用性。

1 適用工況簡(jiǎn)介

如圖1 所示，某化工工藝過(guò)程中，有兩臺(tái)原料精制床串聯(lián)使用，每臺(tái)精制床上各設(shè)置5 臺(tái)溫度測(cè)量?jī)x表，按照不同的床層高度設(shè)置，監(jiān)控不同床高的溫度。 生產(chǎn)介質(zhì)為危險(xiǎn)介質(zhì)，如果床層溫度失控，必須關(guān)閉進(jìn)料閥，打開(kāi)放火炬閥，以防止介質(zhì)在精制床中停留， 達(dá)到保護(hù)精制床的目的。 根據(jù)催化劑的特性，床層溫度分布明顯，每一臺(tái)溫度測(cè)量?jī)x表監(jiān)控一個(gè)床層溫度，所以聯(lián)鎖邏輯關(guān)系設(shè)置為五選一（1oo5）。

圖1 某化工工藝流程簡(jiǎn)圖

2 聯(lián)鎖回路存在的問(wèn)題

在生產(chǎn)過(guò)程的最前段是原料進(jìn)裝置的位置，如果出現(xiàn)問(wèn)題，裝置就會(huì)停工，損失巨大。 在兩臺(tái)精制床上配置的10 臺(tái)溫度測(cè)量?jī)x表中有1 臺(tái)出現(xiàn)假顯，該流程就會(huì)處于停工狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)全裝置停工。 聯(lián)鎖回路的可用性很低，容易出現(xiàn)由于儀表元器件故障而產(chǎn)生的停車(chē)事故。

3 提高可用性的原理及方法

在確保裝置安全性同時(shí)不降低聯(lián)鎖保護(hù)功能的前提下，需盡量減少由于儀表設(shè)備故障而導(dǎo)致的誤聯(lián)鎖，以提高聯(lián)鎖回路的可用性。根據(jù)SIL評(píng)估結(jié)果，SIF 回路的SIL 等級(jí)為SILA，其安全功能要求不算太高，但是出現(xiàn)故障后對(duì)裝置運(yùn)行的影響很大， 這就需要想辦法提高回路的可用性。結(jié)合工藝原理及溫度測(cè)點(diǎn)布置分析，由于各溫度測(cè)點(diǎn)沒(méi)有關(guān)聯(lián)性，10 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)各自監(jiān)控各自的介質(zhì)區(qū)域， 所以表決方式不能改為多選（noom），因此只能在回路可靠性和信號(hào)質(zhì)量方面做工作。

溫度測(cè)量回路使用一體化溫度變送器（熱電阻）來(lái)檢測(cè)溫度，溫度變送器輸出4～20mA 電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)安全柵后進(jìn)入SIS 系統(tǒng)，由SIS 系統(tǒng)完成SIF 功能。 溫度變送器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，表體帶故障報(bào)警輸出功能，該功能可以檢測(cè)變送器輸入開(kāi)路，或者短路情況下將變送器的輸出保持在一個(gè)給定值。

本裝置采用TRICON SIS 系統(tǒng)， 對(duì)于模擬量輸入信號(hào)的處理方式為， 卡件接收4～20mA 信號(hào)， 在系統(tǒng)內(nèi)轉(zhuǎn)換成819-4095 的整型量編碼，再通過(guò)功能塊對(duì)編碼進(jìn)行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能。

SIS 系統(tǒng)內(nèi)部模擬量輸入信號(hào)的處理， 其功能塊如圖2 所示，RAW_IN 直接指定到硬件輸入通道，接收819-4095 的整型量代碼，轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)型輸出變量，并在功能塊中完成量程轉(zhuǎn)換、報(bào)警值設(shè)定、報(bào)警值輸出及回路故障檢測(cè)輸出等功能的設(shè)置。 該模塊是SIS 系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)模塊，模塊帶故障檢測(cè)功能，對(duì)輸入編碼值的范圍進(jìn)行監(jiān)視。 輸入值的監(jiān)測(cè)范圍通過(guò)RAWOPN 和RAWSHT 設(shè)置（RAWOPN 是監(jiān)測(cè)值的下限，RAWSHT是監(jiān)測(cè)值的上限），RAWOPN＜RAW_IN＜RAWSHT，RAW_IN >RAWSHT 或 者 RAWOPN >RAW_IN；INV管腳是回路狀態(tài)輸出，輸出“1”表示回路正常，輸出“0”表示回路不正常。

圖2 模擬量輸入回路功能塊

其上下限值RAWSHT 和RAWOPN 的計(jì)算式分別為：

RAWSHT=（IN_mA_H/16）*3276

RAWOPN=（IN_mA_L/16）*3276

其中IN_mA_L和IN_mA_H為希望監(jiān)測(cè)的回路電流低限值和高限值。

在圖2 所示的功能塊中，監(jiān)測(cè)上限值設(shè)定為4 423，監(jiān)測(cè)下限值為737。 轉(zhuǎn)換成監(jiān)測(cè)回路電流的 值 分 別 為：IN_mA_L =3.6mA、IN_mA_H =21.6mA，也就是說(shuō)如果該測(cè)量回路的電流在3.6～21.6mA， 即認(rèn)為該測(cè)量值有效，INV 狀態(tài)為“1”；如果超出這個(gè)范圍則認(rèn)為測(cè)量值無(wú)效，INV 狀態(tài)為“0”。

信號(hào)處理完成后，通常將功能接點(diǎn)輸出信號(hào)用作后續(xù)聯(lián)鎖功能的條件信號(hào)來(lái)完成聯(lián)鎖保護(hù)功能，回路故障監(jiān)測(cè)接點(diǎn)（INV）將送出報(bào)警。這樣實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題在于，如果回路中出現(xiàn)故障，在回路監(jiān)測(cè)報(bào)警的同時(shí)，聯(lián)鎖報(bào)警也會(huì)送出。 回路故障時(shí)系統(tǒng)接收到的測(cè)量值不能真實(shí)反映工藝過(guò)程值，這樣就會(huì)出現(xiàn)誤聯(lián)鎖，降低回路的可用性。

4 提高可用性的方案

將回路監(jiān)測(cè)信號(hào)作為聯(lián)鎖功能信號(hào)的輸出條件進(jìn)行判斷，如果回路監(jiān)測(cè)信號(hào)狀態(tài)為1，認(rèn)為回路狀態(tài)正常，聯(lián)鎖功能信號(hào)正常輸出；如果回路監(jiān)測(cè)狀態(tài)信號(hào)為0，認(rèn)為測(cè)量回路故障，聯(lián)鎖功能信號(hào)保持，送出回路監(jiān)測(cè)故障報(bào)警信號(hào)，提示操作和維護(hù)人員對(duì)工藝過(guò)程和測(cè)量回路進(jìn)行檢查和確認(rèn)。 在聯(lián)鎖功能狀態(tài)中增加10s 延時(shí)，一方面可以避免出現(xiàn)聯(lián)鎖功能狀態(tài)先于回路故障監(jiān)測(cè)狀態(tài)觸發(fā)； 而且本回路為溫度測(cè)量回路，測(cè)量需要一定的響應(yīng)時(shí)間。 改進(jìn)后的聯(lián)鎖邏輯如圖3 所示。

圖3 改進(jìn)后的聯(lián)鎖邏輯

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者提出的采用軟件手段對(duì)聯(lián)鎖回路信號(hào)可靠性進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方案， 不需要增加硬件設(shè)備，也不會(huì)降低聯(lián)鎖回路的保護(hù)功能，能夠在一定程度減少由于測(cè)量設(shè)備故障而導(dǎo)致的誤聯(lián)鎖，減少誤停車(chē)損失。 但是該方法實(shí)施中有特定的使用范圍和局限性，有的測(cè)量參數(shù)比較敏感（如壓力、流量等），有的過(guò)程參數(shù)測(cè)量周期長(zhǎng)（如溫度、成分等），因此延時(shí)時(shí)間需要根據(jù)具體工況設(shè)定。