大型設(shè)備裝置儀表自控系統(tǒng)的故障及應(yīng)對(duì)措施

張正志

（蘭州助劑廠有限責(zé)任公司 甘肅省蘭州市 730079）

1 大型設(shè)備裝置儀表自控系統(tǒng)的故障

對(duì)于助劑廠來說，儀表自控系統(tǒng)要經(jīng)常檢測(cè)溫度、液體、壓力等物理參數(shù)。在此過程中儀表自控系統(tǒng)難免會(huì)出現(xiàn)一些問題，以下是我就儀表自控系統(tǒng)應(yīng)用中的一些常見故障進(jìn)行了歸類整理。

（1）溫度控制儀。溫控儀可以分為雙金屬溫度測(cè)量?jī)x、熱電偶測(cè)量?jī)x以及熱電阻測(cè)量?jī)x三種，由于企業(yè)的需求不同在使用方法上也存在一定的區(qū)別，發(fā)生的故障也是不盡相同的。但是從原理上來說，溫控儀的常見故障可以分為兩種：一是出現(xiàn)短路現(xiàn)象，二是線路出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。若是想進(jìn)一步確認(rèn)故障類型可以切斷熱電偶，進(jìn)行補(bǔ)償導(dǎo)線短接，觀察儀表顯示溫度，若是顯示室溫則表示溫控表內(nèi)部結(jié)構(gòu)正常無故障，反之則不是。

（2）流量測(cè)量?jī)x表。流量測(cè)量?jī)x相較于其他儀表來說類型繁雜，故障類型也較為復(fù)雜，但是總體來看常見的故障一般為指針出現(xiàn)異常波動(dòng)情況，從而出現(xiàn)讀數(shù)誤差。通過分析流量測(cè)量?jī)x的工作原理以及制作工藝，我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這種故障的原因多數(shù)為導(dǎo)壓管泄漏、電磁流量計(jì)電極結(jié)垢、管線振動(dòng)、工藝本身的密度、雷諾數(shù)、粘度及氣體測(cè)量的溫度壓力等出現(xiàn)問題導(dǎo)致流量測(cè)試儀表出現(xiàn)故障。所以要想保證流量測(cè)試儀表的精準(zhǔn)度，就要保證儀表的回路接線端的穩(wěn)固與安全。

（3）液體測(cè)量?jī)x表。液體測(cè)量?jī)x表可以分為浮力液位計(jì)(采用浮力原理借用浮筒及浮子測(cè)量)、超聲波液位計(jì)(采用波傳遞原理)等。由于液體測(cè)量?jī)x表的工作原理會(huì)出現(xiàn)液位波動(dòng)大以及測(cè)量值偏差較大等常見故障。我們可以通過視鏡觀察的方式來進(jìn)一步排查液體測(cè)量?jī)x的故障原因。

（4）壓力測(cè)試儀。壓力測(cè)量表通過儀表內(nèi)部的敏感元件感應(yīng)壓力而產(chǎn)生的形變，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的形式輸送出去。基于此，要想判斷是否是壓力測(cè)試儀出現(xiàn)故障就要觀察導(dǎo)壓管是否出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，內(nèi)部膜片是否完整無變形、無破損等現(xiàn)象?，F(xiàn)階段，大型的化工設(shè)備裝置儀表控制系統(tǒng)主要依靠壓力開關(guān)來控制壓力測(cè)量?jī)x的運(yùn)行。所以要想保證壓力測(cè)試儀表的正常運(yùn)作，就要保證壓力開關(guān)的觸點(diǎn)接觸性良好、觸點(diǎn)穩(wěn)固，機(jī)械能傳動(dòng)部件運(yùn)行良好，無腐蝕、無變形無銹跡。

2 大型設(shè)備裝置儀表自控系統(tǒng)的故障應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)大型化工設(shè)備中裝置的儀表自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，我們要先進(jìn)行故障類型判斷，在選取出最佳的故障解決方案來應(yīng)對(duì)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境?？傮w來說化工儀表自控系統(tǒng)可以主要從以下幾個(gè)方面入手：

（1）掌握化工儀表的零部件性質(zhì)以及工作原理。儀表自控系統(tǒng)發(fā)生故障的原因多數(shù)是因?yàn)槠渥陨淼倪\(yùn)行部位故障導(dǎo)致的。因此在排除儀表故障時(shí)，維修人員首先要對(duì)儀表的作業(yè)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料性能以及一些重要的參數(shù)等有一個(gè)精準(zhǔn)的認(rèn)知，可以準(zhǔn)確的通過儀表的故障特征來判斷故障位置以及原因。這就要求維修人員對(duì)于自動(dòng)化儀表具有專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，以專業(yè)的角度對(duì)與被測(cè)物質(zhì)直接接觸的部位、易損件、電路、信號(hào)傳送部位等要進(jìn)行仔細(xì)的檢測(cè)與排查。

（2）定期對(duì)儀表自控系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與檢測(cè)。大型設(shè)備裝置儀表自控系統(tǒng)之后企業(yè)要根據(jù)使用途徑、檢測(cè)物的特性制定詳細(xì)的系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)規(guī)范。通過定期的系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)與檢測(cè)及時(shí)的發(fā)現(xiàn)安全隱患，力爭(zhēng)將故障發(fā)生幾率降到最低。分布式控制系統(tǒng)由于其精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果以及耗費(fèi)時(shí)間短等特點(diǎn)，被許多化工企業(yè)應(yīng)用在儀表控制系統(tǒng)的檢測(cè)過程中，通過定時(shí)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)操作流程以及各元件、零部件的綜合檢測(cè)將故障發(fā)生幾率降到最低，極大的提升工作效率降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。日常養(yǎng)護(hù)是化工企業(yè)降低維修損耗，保障機(jī)械安全作業(yè)的基礎(chǔ)。在日常進(jìn)行儀表養(yǎng)護(hù)時(shí)，要從全方位細(xì)節(jié)處出發(fā)，對(duì)易出現(xiàn)故障的部件進(jìn)行重點(diǎn)檢查，對(duì)于直接接觸被測(cè)物質(zhì)的部位要做好損耗評(píng)估記錄，及時(shí)更換損耗程度大的零部件，防止出現(xiàn)機(jī)械故障。企業(yè)可以培養(yǎng)具有專業(yè)儀表維修技能的專項(xiàng)人才，制定合理的日常儀表養(yǎng)護(hù)制度。第一，嚴(yán)格把控儀表自控系統(tǒng)的清潔程度，及時(shí)替換受損的零部件；第二，依據(jù)季節(jié)環(huán)境變換把控環(huán)境變化對(duì)于儀表的影響程度，做到事先預(yù)測(cè)零部件使用壽命，并進(jìn)行及時(shí)維修及更換，有效的降低儀表自控系統(tǒng)的事故發(fā)生頻率。

（3）通過儀表自控系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行檢修。由于每個(gè)儀表的作業(yè)方式不同導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是完全不同的。在進(jìn)行儀表故障排查時(shí)要緊密聯(lián)系儀表的結(jié)構(gòu)特性與運(yùn)行方式，對(duì)于結(jié)構(gòu)精密儀表要有針對(duì)性的進(jìn)行故障檢測(cè)。對(duì)于化工企業(yè)來講，大型機(jī)械裝置的自動(dòng)化儀表類型較為復(fù)雜，這就間接提高了對(duì)維修人員的工作質(zhì)量的要求。要想將維修工作做到更好，就要具有針對(duì)性檢查的能力。例如當(dāng)機(jī)械的加熱系統(tǒng)出現(xiàn)事故時(shí)，維修人員要明確加熱系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、作業(yè)方式以及故障現(xiàn)象。依據(jù)加熱系統(tǒng)的作業(yè)方式，溫差超過5時(shí)停止運(yùn)行的特點(diǎn)，來采取相應(yīng)的故障預(yù)防措施，防止出現(xiàn)停爐現(xiàn)象。維修人員可以利用DCS 系統(tǒng)來進(jìn)行故障原因的判斷，依據(jù)DCS 系統(tǒng)的警報(bào)、歷史操作記錄等細(xì)節(jié)信息作為參考，進(jìn)行故障分析及排除。

（4）保證自動(dòng)化儀表安裝的合理性以及科學(xué)性。在日常進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)不可忽略對(duì)儀表安裝的合理性進(jìn)行檢查，對(duì)于儀表自控系統(tǒng)中各附屬設(shè)備、電路管線、檢測(cè)設(shè)備的安裝是否科學(xué)合理。就自控化流量?jī)x表而言，其前后端導(dǎo)壓管都要依據(jù)作業(yè)環(huán)境以及被測(cè)物質(zhì)的特性進(jìn)行安裝調(diào)試，排除因被測(cè)物質(zhì)的化學(xué)、物理性質(zhì)而出現(xiàn)故障。此外對(duì)于DCS 系統(tǒng)的指示電源、警報(bào)系統(tǒng)也要進(jìn)行定期檢查，歷史維修檢測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行備份處理，爭(zhēng)取將故障損失降到最低。

3 提高儀表自控率的方法

（1）檢測(cè)元件的影響及應(yīng)對(duì)方式。檢測(cè)元件是通過將被控物質(zhì)的參數(shù)加以監(jiān)測(cè)并變送處理，再將實(shí)際檢測(cè)的參數(shù)與預(yù)期設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比較，將二者之間的差異傳輸?shù)娇刂破髟校源藖硗瓿梢粋€(gè)作用運(yùn)行周期。在此過程中若是出現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果不夠精準(zhǔn)的現(xiàn)象，就會(huì)使運(yùn)算處理結(jié)果出現(xiàn)偏差，輸出過程傳遞錯(cuò)誤的信息，導(dǎo)致被控參數(shù)不準(zhǔn)，進(jìn)而出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障。要嚴(yán)格把控環(huán)境變化以及工藝變化對(duì)于檢測(cè)元件與控制對(duì)象的影響程度，避免出現(xiàn)回路不能有效完成自控工作的現(xiàn)象。在選擇檢測(cè)元件時(shí)要結(jié)合實(shí)際作業(yè)環(huán)境，選擇最適宜的檢測(cè)元件。譬如，在進(jìn)行蒸餾釜運(yùn)行溫度控制時(shí)，多數(shù)情景是對(duì)蒸餾釜裝置中溫度以及夾套蒸汽的問題進(jìn)行串級(jí)控制。通過串級(jí)控制可以有效解決檢測(cè)元件的滯后性，但是連接過程就會(huì)變得相對(duì)復(fù)雜，并且PID 參數(shù)調(diào)節(jié)將變得相對(duì)困難。我們要結(jié)合不同工藝的運(yùn)行特點(diǎn)來選擇最合適的檢測(cè)元件。

（2）控制器的影響及應(yīng)對(duì)方式。在整個(gè)回路控制中，控制器是為了確保PID 參數(shù)的科學(xué)性以及合理性而存在的。在進(jìn)行控制器參數(shù)設(shè)定中，我們要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況有一個(gè)全面徹底的了解，通過系統(tǒng)的實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)來制定合理的調(diào)節(jié)參數(shù)。對(duì)于系統(tǒng)的響應(yīng)效果也要有一個(gè)全面的檢測(cè)，將前一峰值與相鄰峰值的比例控制在4:1的范圍內(nèi)，并保證比例度 P 與比例放大倍數(shù) K 之間保持如下關(guān)系：P=1/K。當(dāng)整個(gè)過渡狀態(tài)平穩(wěn)運(yùn)行之后，在以加積分的形式進(jìn)行余差消除，以加微分的形式保證系統(tǒng)的控制質(zhì)量。首先將P 控制器元件的放大倍數(shù)設(shè)定為相對(duì)較小的數(shù)值，通過不斷增加K 值來獲取最佳的曲線變化趨勢(shì)。針對(duì) PI 控制器元件，先將積分時(shí)間 T1 設(shè)置為 0，以純比例作用調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，確保趨近于 4:1 衰減曲線，再降低K 值，調(diào)節(jié)積分時(shí)間 T1 數(shù)值直至得到 4:1 衰減曲線。針對(duì)PID 控制器元件，先將微分時(shí)間 T2 設(shè)置為 0，依照 PI 作用試湊出 K 以及 T1 參數(shù)，之后通過增大放大倍數(shù)，T1 進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少，對(duì)過渡曲線變化趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，直至獲得滿意的曲線。在參數(shù)整定之前要確保傳感器元件以及執(zhí)行器元件的合理運(yùn)作，在儀表正常運(yùn)行的前提下以手動(dòng)的方式來對(duì)測(cè)量過程加以把控，以獲取更加穩(wěn)定可靠的參數(shù)。并暫時(shí)將積分調(diào)節(jié)關(guān)閉，依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行K 值設(shè)定，要準(zhǔn)確得出回路控制采用的方式是否為負(fù)反饋控制方式。

（3）控制對(duì)象的影響及應(yīng)對(duì)方式。一般來說，控制對(duì)象是一個(gè)較為完整的系統(tǒng)，但是影響控制對(duì)象的因素較為復(fù)雜多樣。譬如，在對(duì)控制反應(yīng)器中床層溫度參數(shù)進(jìn)行把控過程中，進(jìn)料的溫度、質(zhì)量、催化劑的類型、反應(yīng)過程的溫度變化等都可以影響床層溫度參數(shù)。若參數(shù)變化幅度較小，則可以進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；若變化幅度較大的，則不能進(jìn)行自動(dòng)化控制。若是能夠選取出合理的操縱參數(shù)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜藶楦深A(yù)則可以有效的將控制對(duì)象參數(shù)變化控制在合理范圍內(nèi)。

綜上所述，要想對(duì)大型化工器械裝置儀表自控系統(tǒng)，就要求我們不斷的去了解整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、相應(yīng)的器械作業(yè)方式以及電氣設(shè)備運(yùn)行結(jié)構(gòu)。由于儀表自控系統(tǒng)的復(fù)雜性，在排除故障過程中就要進(jìn)行全方面的檢查，結(jié)合儀表的結(jié)構(gòu)、工藝、物理參數(shù)以及運(yùn)行特征，通過針對(duì)性的故障分析判斷來提高儀表故障處理速率，最大程度的減少經(jīng)濟(jì)損失。