引 言

        油氣化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的中控系統(tǒng)一般由過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)組成。緊急關(guān)斷系統(tǒng)的作用是出現(xiàn)異常不可控因素時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備或流程的隔離泄壓，以確保人員、設(shè)備的安全。緊急關(guān)斷系統(tǒng)控制層面好立于過程控制系統(tǒng)，但可通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)與過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信，在過程控制系統(tǒng)上位機(jī)上對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與報(bào)警信息進(jìn)行顯示。油氣化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在流程關(guān)鍵部位設(shè)置 2 臺(tái)變送器，其中一臺(tái)用于緊急關(guān)斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，另一臺(tái)用于過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。若傳送至過程控制系統(tǒng)的壓力變送器出現(xiàn)異常，調(diào)節(jié)閥則會(huì)異常開大或關(guān)小，直接導(dǎo)致容器壓力下降或升高。此時(shí)的壓力異常下降或升高被處于正常工作狀態(tài)的壓力變送器監(jiān)測(cè)將數(shù)據(jù)傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng)，導(dǎo)致生產(chǎn)異常關(guān)停；若傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng)壓力變送器出現(xiàn)異常，當(dāng)真實(shí)壓力異常下降或升高已經(jīng)達(dá)到高高、低低設(shè)定值時(shí)卻不能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，流程異常該關(guān)斷時(shí)卻不能實(shí)現(xiàn)關(guān)斷保護(hù)，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)極高。

 

1 解決思路

        為解決上述在生產(chǎn)過程中發(fā)生過的變送器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常問題，保證流程安全穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)人員結(jié)

合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況，從不增加新設(shè)備的成本支出出發(fā)，提出了解決思路，利用變送器自身數(shù)據(jù)循環(huán)對(duì)比或 2 臺(tái)變送器之間數(shù)據(jù)差值比較，設(shè)定相應(yīng)的報(bào)警值輸出報(bào)警，達(dá)到預(yù)警的目的。針對(duì) 2 種解決方案，進(jìn)行對(duì)比分析。

 

1.1 數(shù)據(jù)循環(huán)對(duì)比

        流程穩(wěn)定運(yùn)行，變送器無異常時(shí)，監(jiān)測(cè)流程參數(shù)的波動(dòng)處于一定范圍之內(nèi)，即單位時(shí)間內(nèi)參數(shù)的變化幅度不會(huì)過大。因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的，正常時(shí)亦不存在數(shù)據(jù)固定不變�；�于此現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員利用系統(tǒng)本身運(yùn)算能力，單個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)自身循環(huán)比較，如以 10 s 為單位，計(jì)算變送器回傳數(shù)據(jù) 10 s 內(nèi)增量，若該增量異常高或低時(shí)觸發(fā)報(bào)警，提示值班人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行檢查核對(duì)，起到預(yù)警作用。

 

1.2 差值變化監(jiān)測(cè)

        變送器在正常工作的情況下，同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的 2 臺(tái)變送器數(shù)據(jù)幾乎相同或者變化趨勢(shì)完全一致 (圖 1)，即數(shù)據(jù)趨勢(shì)同時(shí)上升或同時(shí)下降；當(dāng)其中一個(gè)變送器出現(xiàn)問題時(shí)，則會(huì)出現(xiàn) 2 臺(tái)變送器數(shù)據(jù)差值擴(kuò)大，趨勢(shì)不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)上升或下降(圖 2)。據(jù)此利用同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的 2 臺(tái)變送器差值超過某一正常值后輸出報(bào)警，提示值班人員及時(shí)告知技術(shù)人員進(jìn)行故障排查，從而提前預(yù)防相關(guān)高風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生。這樣就可以建立變送器自身故障預(yù)警系統(tǒng)，有效防范事態(tài)擴(kuò)大。

1.3 方案對(duì)比

        通過分析 2 個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比。方案 1 中數(shù)值循環(huán)比較，需針對(duì)單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行邏輯組態(tài)，工作量較大，對(duì)服務(wù)器的負(fù)荷增加較大，并且在緊急關(guān)斷系統(tǒng)中進(jìn)行該功能組態(tài)，與其靜態(tài)、安全的設(shè)計(jì)原則有所相悖；方案 2 中的差值對(duì)比法，2 組變送器為 1 組，降低了組態(tài)工作量，且差值運(yùn)算邏輯可以通過過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)緊急關(guān)斷系統(tǒng)不進(jìn)行控制層面的修改，不影響其安全性。綜上認(rèn)為，方案 2 更適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

 

2 可行性研究

2.1 差值運(yùn)算

        下文以某油田現(xiàn) 場(chǎng)所使用的過程控制系統(tǒng)(Honeywell Process Knowledge System，下文簡稱PKS 系 統(tǒng) ) 與緊急關(guān)斷系統(tǒng) (Honeywell Safety Manger，下文簡稱 SM 系統(tǒng))為例進(jìn)行闡述。 PKS 系統(tǒng)組態(tài)軟件為 Configure studio，對(duì)其組態(tài)功能進(jìn)行確認(rèn)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)差值運(yùn)算。因差值監(jiān)測(cè)為兩變送器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的差值，實(shí)際工況中，A-B 有可能出現(xiàn)負(fù)值，故需要組態(tài)功能能夠?qū)崿F(xiàn)取覺對(duì)值運(yùn)算。如圖 3 所示，進(jìn)入 control builder 界面，確認(rèn)AUXCALA 模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)值運(yùn)算，并且能夠執(zhí)行取覺對(duì)值運(yùn)算。確認(rèn) PKS 系統(tǒng)滿足預(yù)警功能并實(shí)現(xiàn)需求的運(yùn)算功能。

2.2 數(shù)據(jù)通信

 為了實(shí)現(xiàn)差值預(yù)警，需要將 SM 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)引入 PKS 系統(tǒng)中的控制層面，實(shí)現(xiàn)數(shù)值運(yùn)算與邏輯組態(tài)。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn) OPC 協(xié)議可以解決不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信問題。OPC 全稱是 Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，它可以為不同廠家、不同類型的控制應(yīng)用建立通信橋梁，所使用的過程知識(shí)系統(tǒng)(PKS)中的 Experion OPC Integrator 功能即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行傳輸。另外，針對(duì)該功能，資料提示不可使用該功能傳輸安全或關(guān)鍵任務(wù)信息，差值報(bào)警為預(yù)警功能，不屬于建議不使用的范疇。

 

2.3 系統(tǒng)負(fù)荷

 利用 OPC Integrator 功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，會(huì)在一定程度上增加服務(wù)器運(yùn)行負(fù)荷。對(duì)增加差值預(yù)警需求的點(diǎn)位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共 20 組。技術(shù)人員確認(rèn)，該數(shù)量點(diǎn)位通信對(duì)服務(wù)器負(fù)荷增加較小，在許可范圍內(nèi)。

 

2.4 主要風(fēng)險(xiǎn)

        修改后邏輯在下裝至控制器時(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。如下裝過程中如出現(xiàn)錯(cuò)誤、下裝失敗，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥失去控制、無法調(diào)節(jié)，流程將出現(xiàn)無法控制的現(xiàn)象，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

 

        針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)，制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施。下裝過程中現(xiàn)場(chǎng)工藝人員值守，中控人員加密關(guān)注流程參數(shù)，及時(shí)溝通現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，保證流程穩(wěn)定。技術(shù)人員做好組態(tài)并交叉檢查，調(diào)整好作業(yè)窗口，減少流程手動(dòng)控制時(shí)間。另外做好下裝時(shí)出錯(cuò)失敗的應(yīng)急措施：如出現(xiàn)下裝失敗、無法控制的現(xiàn)象，立即刪除所有新增模塊后保存修改，再次重新下裝，恢復(fù)系統(tǒng)修改前狀態(tài)，保證系統(tǒng)能夠正常調(diào)節(jié)控制。主要作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在下裝過程中，針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)制定相應(yīng)預(yù)控措施后，風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)。

 

 如上分析所得，利用 OPC Integrator 功能將緊急關(guān)斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)引至過程控制系統(tǒng)，與同一監(jiān)測(cè)位置過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值比較，實(shí)現(xiàn)中控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常預(yù)警方案可行。

 

3 方案實(shí)施

3.1 OPC通信組態(tài)

 在 PKS 系統(tǒng)中建立 OPC 通信組，將 SM 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)引入 PKS 系統(tǒng)(圖 4)。

3.2 差值報(bào)警邏輯組態(tài)

 在 PKS 系統(tǒng)中利用組態(tài)軟件對(duì)變送器差值運(yùn)算邏輯進(jìn)行組態(tài)，并組態(tài)報(bào)警輸出(圖 5)。

3.3 功能測(cè)試

 對(duì)組態(tài)完成的模塊進(jìn)行下裝并激活。下裝后測(cè)試報(bào)警功能正常實(shí)現(xiàn)，ALARMS SUMMARY 有報(bào)警記錄顯示(圖 6)。至此，中控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)。

4 總 結(jié)

 中控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)，在流程關(guān)鍵點(diǎn)位監(jiān)測(cè)設(shè)備(壓力變送器、液位變送器)出現(xiàn)故障或工況異常時(shí)，能夠即時(shí)觸發(fā)報(bào)警并顯示詳細(xì)報(bào)警信息，提醒值班人員通知相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行檢查處理，可有效規(guī)避儀控元件故障而引發(fā)的生產(chǎn)損失、設(shè)備損壞或者安全生產(chǎn)事故。另外，OPC 技術(shù)在油氣化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，本文成果為變送器故障預(yù)警提供了有效的解決方案。

 

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