儀表機柜間電源狀態(tài)智能監(jiān)測

謝文奮

（中國石油獨山子石化分公司 信息網(wǎng)絡(luò)公司 煉油儀表車間，新疆維吾爾自治區(qū) 獨山子 833699）

0 引言

在石油化工行業(yè)中，儀表供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性直接影響到化工生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行。裝置運行過程中，如果儀表電源突然中斷會造成裝置生產(chǎn)中斷，導(dǎo)致裝置的非計劃停車，影響面積非常大，造成的經(jīng)濟(jì)損失也很高。為保證裝置正常的安全生產(chǎn)，避免裝置發(fā)生火災(zāi)爆炸，造成人身傷亡及損壞關(guān)鍵設(shè)備的情況發(fā)生，在裝置運行的設(shè)備中，儀表電源系統(tǒng)性能尤為關(guān)鍵。當(dāng)裝置發(fā)生異常情況時，為確保儀表電源系統(tǒng)能正常運行，對電源質(zhì)量的要求也越來越高。首先，是對儀表供電系統(tǒng)電源配置的性能要求提高；其次，是儀表電源系統(tǒng)必須具備故障診斷預(yù)判措施，才能為裝置的安全生產(chǎn)提供保證。

1 裝置供電系統(tǒng)的分布情況

裝置現(xiàn)場使用的電源型號有SIEMENS 電源、P+F 電源、LAMBDA 電源、RPSTECH 電源、ITM 電源等幾種。裝置上的小系統(tǒng)或是現(xiàn)場有獨立撬裝設(shè)備，一般都采用西門子穩(wěn)壓電源；LAMBDA 穩(wěn)壓電源主要是給進(jìn)入到SIS 系統(tǒng)的儀表和閥門供電；P+F 穩(wěn)壓電源和RPSTECH 穩(wěn)壓電源是給進(jìn)入到DCS 系統(tǒng)的儀表和閥門供電。電源的輸入端一般都是雙輸入電源。儀表電源使用分布見表1。

表1 儀表電源使用分布Table 1 Distribution of instrument power usage

當(dāng)儀表電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，靠儀表維護(hù)人員每日定時檢查，判斷是否發(fā)生故障，是不能滿足裝置上儀表設(shè)備長周期運行需求，不利于電源系統(tǒng)的運行，不利于裝置儀表控制系統(tǒng)的運行，直接影響裝置的安全生產(chǎn)。從表1 可以分析出，使用最為普遍的電源是RPSTECH 穩(wěn)壓電源。在這幾種類型電源里，只有RPSTECH 電源具備在線監(jiān)測和故障預(yù)判功能，其余幾種都沒有在線監(jiān)測和故障預(yù)判功能。雖然RPSTECH 電源雖具備在線監(jiān)測功能，也只能依靠維護(hù)人員打開PTP 電源柜，通過對PCU 監(jiān)控模塊的參數(shù)進(jìn)行翻閱，然后記錄出電源內(nèi)部的運行參數(shù)，才能判斷電源模塊的運行狀況的好壞。電源系統(tǒng)在工作過程中，無法遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，且運行狀況無具體的歷史數(shù)據(jù)記錄，需對其功能進(jìn)行開發(fā)和利用。

2 RPSTECH直流穩(wěn)壓電源的功能

目前，RPSTECH 直流穩(wěn)壓電源在現(xiàn)場使用有70 多套，RPSTECH 直流穩(wěn)壓電源安裝時底座相互獨立，可實現(xiàn)電源模塊在線熱插拔功能，是一種集成模塊化冗余直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。采用先進(jìn)穩(wěn)定的諧振開關(guān)技術(shù)及模塊化的設(shè)計，很大程度上提升了電源效率，提高了電源的可靠性及穩(wěn)定性。其具備雙路供電輸入功能，每個獨立模塊相互之間冗余，并帶有電源模塊自動檢測和故障報警的功能。RPSTECH 冗余電源模塊具有獨立的隔離雙輸入端口，接收交流220VAC 電源，每個電源模塊輸出端口也相互隔離，模塊的輸出電流為24VDC20A 或24VDC40A，輸出電壓可調(diào)范圍在22.5V～28V 之間。輸出電流以并聯(lián)輸出工作的方式分擔(dān)負(fù)載，從而實現(xiàn)N ＋1 冗余結(jié)構(gòu)的儀表供電系統(tǒng)，特別適合用于關(guān)鍵儀表運行的場合。RPSTECH 電源系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)換效率，可以進(jìn)行自然對流冷卻工作，散熱性能好，不需要單獨配備冷卻風(fēng)扇進(jìn)行降溫[1]。

3 電源與DCS系統(tǒng)通訊方式

RPSTECH 電源系統(tǒng)內(nèi)部的通信傳遞，是通過每個電源模塊底座上的通信總線實現(xiàn)電源模塊之間數(shù)據(jù)相互交換。當(dāng)電源系統(tǒng)需要增加電源容量時，非常方便進(jìn)行電源系統(tǒng)的擴容，且每個電源模塊的內(nèi)部故障報警都可以檢測到，并通過各自的LED 燈和報警繼電器發(fā)出的報警信號，從而提供一個相互兼容性很強的電源系統(tǒng)，非常適合用于危險關(guān)鍵場合。電源模塊接線圖如圖1 所示。

圖1 電源模塊接線圖Fig.1 Wiring diagram of power supply module

RPSTECH 電源PCU 監(jiān)控模塊對電源系統(tǒng)的監(jiān)控有兩種方式：一種利用PCU 監(jiān)控模塊的觸點端子，采用硬接線的方式連接到DCS 系統(tǒng)的DI 點，通過PCU 電源監(jiān)控模塊觸點的通斷來實現(xiàn)對模塊的監(jiān)控及報警。該監(jiān)控方式單一，只能產(chǎn)生報警，無法對整個電源系統(tǒng)運行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。對電源系統(tǒng)具體幾號模塊報警，以及模塊報警的具體參數(shù)無法監(jiān)控。另一種方式是通過電源系統(tǒng)PCU 監(jiān)控模塊的通訊接口與DCS 系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)全過程監(jiān)控。由于PCU 監(jiān)控模塊采用的通訊端口是RS232 通訊口，RS232 通訊接口自身的缺點與DCS 系統(tǒng)有效地實現(xiàn)通訊，需對PCU 監(jiān)控模塊的通訊接口進(jìn)行改進(jìn)，方可實現(xiàn)與DCS 系統(tǒng)的通訊[2]。

4 具體實施的措施

4.1 PCU監(jiān)控模塊的端口改裝

PCU 電源監(jiān)控模塊的作用是用于管理整個電源系統(tǒng)，監(jiān)視電源系統(tǒng)各模塊的各種物理參數(shù)。如圖2 所示為PCU電源監(jiān)控模塊。由于現(xiàn)場PCU 電源監(jiān)控模塊使用的是RS232 通訊端口，與DCS 系統(tǒng)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，只能通過外接計算機通訊讀取內(nèi)部數(shù)據(jù)。因此，利用2019 年全廠停工大修的時機，對煉油各裝置的PCU 電源監(jiān)控模塊的通訊接口進(jìn)行改裝更換，將PCU 電源監(jiān)控模塊RS232 通訊端口全部更換為RS485 通訊接口，并從PCU 電源監(jiān)控模塊敷設(shè)屏蔽雙絞線到DCS 系統(tǒng)的ALR121 通訊卡，經(jīng)ALR121通訊卡與DCS 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

圖2 PCU電源監(jiān)控模塊Fig.2 PCU Power monitoring module

4.2 內(nèi)部參數(shù)解讀及設(shè)置

1）通過控制PCU 電源監(jiān)控模塊4 個功能鍵：CANCEL、↑、↓和ENTER，可以顯示系統(tǒng)中每個電源模塊的輸出電壓值、電源模塊的輸出電流值、電源模塊報警設(shè)定值、電源模塊報警信息，還可以進(jìn)行電源系統(tǒng)的時鐘設(shè)置、密碼修改、版本信息以及初始化調(diào)制解調(diào)器等功能。在PCU 監(jiān)控模塊數(shù)字顯示菜單中，可向上或向下進(jìn)行選擇，調(diào)整內(nèi)部設(shè)定值或選定可選項，并可進(jìn)入下一級菜單和確認(rèn)各項參數(shù)調(diào)整過程，在對功能鍵沒有任何操作的情況下，兩分鐘后數(shù)字顯示屏?xí)詣臃祷刂鞑藛巍CU 監(jiān)控模塊與DCS 系統(tǒng)進(jìn)行通訊時，監(jiān)控模塊內(nèi)部參數(shù)設(shè)置如下：初始波特率設(shè)置為9600，初始網(wǎng)址設(shè)置為001，通信協(xié)議格式選擇標(biāo)準(zhǔn)MODDUS RTU，物理連接線采用RS485。設(shè)置完畢后經(jīng)DCS 系統(tǒng)組態(tài)，就可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

2）PCU 電源監(jiān)控模塊內(nèi)部參數(shù)，分別寄存在不同的內(nèi)置寄存器內(nèi)，如電源模塊報警寄存在報警寄存器中，每個模塊的電流值寄存在電流數(shù)據(jù)寄存器中。詳細(xì)的數(shù)據(jù)途徑，見表2。

表2 寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)表Table 2 Register content data table

3）由于不同寄存器地址表示不同寄存器，代表不同的用途，從表2 寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)表可以看出，報警寄存器的地址為00，高字節(jié)固定為0，低字節(jié)無報警為0，F(xiàn)F 報警。寄存器地址01 表示電源模塊是否在線工作或故障。高字節(jié)為電源模塊是否在線表示位，低字節(jié)為電源模塊是否故障表示位。建立故障代碼對應(yīng)表，便于故障分析診斷。表3為故障代碼對應(yīng)表。

表3 故障代碼對應(yīng)表Table 3 Correspondence table of fault codes

5 DCS系統(tǒng)通訊組態(tài)

裝置上采用的DCS 系統(tǒng)是橫河的CENTUM VP 系統(tǒng)，該系統(tǒng)在石油煉化企業(yè)應(yīng)用很廣泛，對外部設(shè)備互聯(lián)通訊接入的系統(tǒng)有很好的兼容性。從CENTUM VP 系統(tǒng)PTP電源柜的PCU 電源監(jiān)控模塊，敷設(shè)屏蔽雙絞數(shù)據(jù)通訊線至CENTUM VP 系統(tǒng)機柜NODE 空余位置，再安裝數(shù)據(jù)ALR121 通訊卡，然后進(jìn)行CENTUM VP 系統(tǒng)軟、硬件組態(tài)，并建立歷史數(shù)據(jù)庫，便于日常故障分析診斷，如圖3 所示。組態(tài)時CENTUM VP 系統(tǒng)ALR121 通訊卡組態(tài)的數(shù)據(jù)參數(shù)，必須與PCU 電源監(jiān)控模塊的設(shè)備地址、比特率、奇偶校驗、停止位等通訊參數(shù)完全一致。如圖4 所示為CENTUM VP系統(tǒng)軟件組態(tài)數(shù)據(jù)[3]。

圖3 參數(shù)歷史趨勢圖Fig.3 Parameter historical trend graph

圖4 CENTUM VP系統(tǒng)軟件組態(tài)數(shù)據(jù)Fig.4 CENTUM VP System software configuration data

6 結(jié)論

實施后DCS CENTUM VP 系統(tǒng)通過PCU 監(jiān)控模塊，實現(xiàn)對每個電源模塊的運行狀態(tài)實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保電源系統(tǒng)長周期的正常運行，整個電源系統(tǒng)可靠性得到極大提升，降低了維護(hù)人員和操作人員的工作強度，提升了自動化控制水平。使用后，檢測出蒸餾裝置、硫磺裝置、蠟油加氫裝置出現(xiàn)電源模塊故障，儀表維護(hù)人員及時進(jìn)行處理，避免因儀表電源系統(tǒng)故障對裝置安全生產(chǎn)影響，為裝置的安穩(wěn)長運行奠定基礎(chǔ)。