化工安全儀表系統(tǒng)檢驗(yàn)測(cè)試

郭瑞 潘浩

1.沈陽(yáng)興齊眼藥股份有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110141；2.東北制藥集團(tuán)沈陽(yáng)計(jì)控有限責(zé)任公司 遼寧沈陽(yáng) 110141

1 安全儀表系統(tǒng)概述

安全儀表系統(tǒng)（SIS）是保障安全生產(chǎn)的重要技術(shù)措施之一，廣泛應(yīng)用于石油、化工等過程工業(yè)。SIS是由傳感器、邏輯結(jié)算器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合而成，在安全事件發(fā)生時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的安全儀表功能，達(dá)到或保持生產(chǎn)過程的安全狀態(tài)。SIS系統(tǒng)投入運(yùn)行后，會(huì)7*24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行，受環(huán)境應(yīng)力等影響會(huì)不可避免地出現(xiàn)老化、性能下降、失效等情況，嚴(yán)重時(shí)則直接導(dǎo)致故障，給裝置安全生產(chǎn)埋下了重大隱患。

2 檢驗(yàn)測(cè)試范圍與內(nèi)容

2.1 I/O 卡件檢驗(yàn)測(cè)試

安全儀表系統(tǒng)I/O卡件在使用過程中受環(huán)境等應(yīng)力因素的影響，部件將會(huì)出現(xiàn)老化、腐蝕、機(jī)械應(yīng)力損傷、過電應(yīng)力損傷等情況，進(jìn)而導(dǎo)致電子器件性能下降，致使原有功能退化，當(dāng)功能退化嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)紊亂失控，從而引起安全生產(chǎn)事故，造成重大損失。

壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用剛體極限平衡法，土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用有效應(yīng)力法計(jì)算，滑裂面按圓弧面考慮，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式采用簡(jiǎn)化畢肖普法，計(jì)及土條間作用力，浸潤(rùn)線以上按濕容重計(jì)，浸潤(rùn)線與邊坡外水位之間按飽和容重計(jì)，邊坡外水位以下按浮容重計(jì)，地震慣性力考慮水平向及垂直向。

2.2 網(wǎng)絡(luò)檢查與病毒查殺

目前安全儀表系統(tǒng)采用以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制站、操作員站（或工程師站）等功能站點(diǎn)之間的信息傳輸，在現(xiàn)場(chǎng)使用中由于病毒侵害、計(jì)算機(jī)更換、網(wǎng)絡(luò)硬件老化及故障、動(dòng)物啃食線纜等因素，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分節(jié)點(diǎn)或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)存在通訊故障或安全隱患。檢驗(yàn)測(cè)試時(shí)需用專業(yè)軟件及相應(yīng)設(shè)備檢查控制站、操作站（或工程師站）等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在高負(fù)荷工作下通訊及連接狀況，檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包流量、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、丟包情況等，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理通訊故障隱患，同時(shí)提出合理的維護(hù)建議。

2.3 卡件部件故障注入檢驗(yàn)測(cè)試

安全儀表系統(tǒng)中各類電子/可編程電子部件內(nèi)嵌功能豐富的故障診斷電路，因此在檢測(cè)測(cè)試系統(tǒng)卡件、I/O卡件時(shí)，僅檢測(cè)卡件功能與精度是不全面的，需要進(jìn)行故障注入，并用檢驗(yàn)測(cè)試軟件診斷注入故障的響應(yīng)情況，分析故障檢測(cè)電路功能是否完善。

2.4 安全邏輯驗(yàn)證

（3）冗余配置檢查，冗余切換功能測(cè)試。使用控制器冗余測(cè)試軟件，采集冗余切換命令下發(fā)后冗余切換功能和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，分析判斷邏輯控制器的冗余功能是否存在失效、切換波動(dòng)、切換超時(shí)等問題。

3 化工安全檢驗(yàn)測(cè)試技術(shù)

3.1 故障注入

（2）AI線路故障報(bào)警模擬：①將輸入保險(xiǎn)絲的開路，模擬線路開路故障（模擬無(wú)輸入信號(hào)），利用故障注入測(cè)試分析軟件讀取、分析系統(tǒng)報(bào)警行為。②使用專用短接設(shè)備短路端子板上的采樣電阻，模擬采樣信號(hào)診斷故障，利用故障注入測(cè)試分析軟件讀取、分析系統(tǒng)報(bào)警行為。③針對(duì)測(cè)量范圍為（1-5V）的AI卡件，改變輸入信號(hào)范圍（0-6V），模擬全信號(hào)量程范圍內(nèi)系統(tǒng)報(bào)警信息的變化，利用故障注入測(cè)試分析軟件讀取、分析系統(tǒng)報(bào)警行為。

（2）鎖定狀態(tài)下安全狀態(tài)更改測(cè)試。利用軟件將控制器模式設(shè)定為鎖定狀態(tài)，并強(qiáng)制安全狀態(tài)點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)改變，看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)是否發(fā)生改變，測(cè)試控制器的安全保護(hù)功能是否正常。

（1）系統(tǒng)24V電源故障注入測(cè)試：①測(cè)試單路輸入24V電壓（0-60V）變化時(shí)控制器模塊／系統(tǒng)的行為，并使用故障注入測(cè)試分析軟件讀取分析。②測(cè)試單路輸入24V過欠壓的門限閾值，讀取系統(tǒng)的行為，計(jì)算實(shí)際閾值與設(shè)計(jì)閾值的誤差。③測(cè)試單路輸入24V電壓的設(shè)計(jì)最高耐壓值，分析是否符合產(chǎn)品要求。④利用故障注入測(cè)試分析軟件讀取單路24V故障后控制器模塊/上位機(jī)的報(bào)警信息，分析判斷系統(tǒng)響應(yīng)是否合理。

3.2 邏輯控制器檢驗(yàn)測(cè)試

（1）硬件測(cè)試。檢驗(yàn)測(cè)試時(shí)需通過專用檢測(cè)儀器檢測(cè)邏輯控制器的硬件工作是否正常，主要檢測(cè)其內(nèi)核電壓是否符合設(shè)計(jì)要求、內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)是否發(fā)生畸變、邏輯控制器硬件各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電氣參數(shù)是否符合要求?？刂破鞴收辖y(cè)試分析軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷健康狀況，提出合理建議。

本次研究選取以子宮肌瘤為代表婦產(chǎn)科手術(shù)，行子宮肌瘤手術(shù)是腹腔內(nèi)各項(xiàng)器官、內(nèi)臟極易與外界因素接觸后發(fā)生感染。肺部因持續(xù)保持呼吸且易感染因素較多，因此子宮肌瘤手術(shù)后肺部感染幾率較大，因此，后續(xù)肺炎護(hù)理尤為重要[8]。

安全儀表系統(tǒng)安全邏輯功能是否正常是實(shí)現(xiàn)過程設(shè)備保護(hù)，保證裝置安全運(yùn)行的關(guān)鍵要素，安全邏輯失效主要分為聯(lián)鎖設(shè)計(jì)不合理、處理器內(nèi)部邏輯故障、邏輯響應(yīng)時(shí)間超時(shí)等。針對(duì)可能存在的安全邏輯失效風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在檢驗(yàn)測(cè)試中對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。通過專用測(cè)試軟件分析現(xiàn)場(chǎng)邏輯執(zhí)行狀態(tài)，分析邏輯功能是否正常，計(jì)算聯(lián)鎖信號(hào)輸入至信號(hào)輸出所需的時(shí)間等，驗(yàn)證是否滿足安全要求規(guī)格書（SRS）要求。

3.3 上電檢驗(yàn)測(cè)試

（2）檢查系統(tǒng)是否正常運(yùn)行并且沒有在降級(jí)狀態(tài)下運(yùn)行。利用上電檢驗(yàn)測(cè)試軟件，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否降級(jí)，手動(dòng)對(duì)處于測(cè)試狀態(tài)的模塊進(jìn)行降級(jí)，檢查單模塊的降級(jí)能力，檢查系統(tǒng)發(fā)生降級(jí)后各狀態(tài)是否發(fā)生跳變，正常運(yùn)行狀態(tài)是否繼續(xù)保持等。

（1）上電初始化邏輯測(cè)試。采用上電檢驗(yàn)測(cè)試軟件收集安全儀表系統(tǒng)上電過程中各參數(shù)的變化，分析驗(yàn)證上電時(shí)初始化邏輯是否正確，檢測(cè)控制器及控制模塊是否存在部分邏輯未初始化或者初始化錯(cuò)誤，上電時(shí)輸入/輸出模塊是否發(fā)生跳變等。

（3）檢查控制器負(fù)荷，是否存在歷史報(bào)警和最大內(nèi)存使用量。利用上電檢驗(yàn)測(cè)試軟件查詢控制器歷史負(fù)荷的最大值，以及是否存在過報(bào)警，最大內(nèi)存使用量。并對(duì)采集歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷當(dāng)前系統(tǒng)硬件配置是否合理。

案例分析：本案例中采購(gòu)的100個(gè)富光500mL太空杯是洪福商貿(mào)購(gòu)入專門用于銷售贈(zèng)送，因此，該商品在購(gòu)進(jìn)時(shí)，應(yīng)入“贈(zèng)品庫(kù)”（贈(zèng)品庫(kù)的屬性：不計(jì)入成本），采購(gòu)支付的成本應(yīng)該計(jì)入“銷售費(fèi)用”。假設(shè)，本案例中涉及的存貨富光500mL太空杯及所屬的“02贈(zèng)品庫(kù)（不計(jì)入成本）”均已完成初始化設(shè)置。本案例業(yè)務(wù)核算流程如下（簡(jiǎn)化）：

盾構(gòu)隧道的整體道床是在結(jié)構(gòu)底板鑿毛后與管片結(jié)構(gòu)澆筑在一起的，存在多個(gè)層面的結(jié)合，這些層面往往成為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)。在地下水作用、列車長(zhǎng)期運(yùn)行振動(dòng)、施工工藝和施工質(zhì)量、隧道不均勻沉降等多種因素影響下[6]，將導(dǎo)致整體道床與管片脫開產(chǎn)生離縫、道床變形縫附近產(chǎn)生貫通橫向裂縫，部分縫隙伴隨滲水、冒泥現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

化工安全儀表系統(tǒng)檢驗(yàn)測(cè)試，是安全儀表系統(tǒng)全生命周期管理中重要環(huán)節(jié)。本文通過對(duì)近百個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)和安全儀表系統(tǒng)維護(hù)項(xiàng)目的檢驗(yàn)測(cè)試作業(yè)，提出的安全儀表系統(tǒng)的檢驗(yàn)測(cè)試方法，可以將更多的安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，預(yù)防裝置的災(zāi)難性事故，使設(shè)備的使用壽命得到延長(zhǎng)，有效降低企業(yè)因系統(tǒng)故障引起的停車概率，為企業(yè)爭(zhēng)取更多生產(chǎn)時(shí)間。