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许乐山先生，核电秦山联营有限公司副总工程师、高级工程师。 关键词：仪表　控制系统 　　测点选择与配置是工业自动化的基础。恰当地选择测点、配置仪表，使工艺过程的状态和变化能得到及时、正确的反映，并使之处于可以控制的状态之下。本文试图从工程应用角度，讨论测点的选择与配置，供业内人士参考。 一 测点选择—基于对工艺过程的仔细功能分析 1. 主要控制参数，应尽量采用直接测量法 　　不同生产流程应用不同物理或化学反应机理，因而测量方法也不相同。对工艺过程的分析，首先要抓住主要工艺反应，找出主要控制参数，即直接影响产品质量和数量的参数，并尽量采用最直接的测量方法。但是，在通常的测量方法和仪表中，并不一定能找到合适的解决方案，工艺需求推动了仪表的研究和开发，产生了不同行业专用仪表。如在化学工业中，用于成分分析的仪表近年来获得很大发展。在钢铁厂，钢铁轧制的测厚和表面质量检测，有效提高了控制水平和产品质量。核电站专用核测量仪表，直接探测核反应的中子通量，监测反应堆的功率、功率分析和堆芯状态，并用于反应堆保护，成为核电站必不可少的主要测量仪表。可以预见，随着各行业生产技术的推陈出新，生产规模的日益扩大，安全与环保要求的凸显，及对最佳效益的追求，新的测量方法和仪表将不断涌现。仪控设计人员在测点选择时，寻求最合适的测量方法，也就是最直接的方法，将是这一过程的推动力量。 2. 设备状态参数，表征设备运行状态 　　以往流程工业的测量偏重于物料的传输和反应过程，即温度、流量、压力、液位、成分分析等参数的测量，生产强度的提高和控制的集中(现场无人值守)对设备的状态监测日趋重要。状态参数包括泵、风机的启、停；阀门的开、闭；转动设备的转速、振动、轴位移、轴承温度；机器润滑状态、油箱油位、油温和设备密封(泄漏监测)等，设备状态参数的监测提高了系统的可运行性，并为设备的预见性维修提供了数据。 3. 包含启动和停止的过程需求 　　任何工艺过程都是从常温、常压、零流量、零储存逐步启动进入“额定”工艺状态的。启动和停止的过程，所需监测的工艺参数往往较正常运行时为宽，要求仪表设置较大的量程范围，相应地仪表绝对精确度将降低。如果工艺过程中要求监测比较精确的参数，如反应釜压力、精馏塔温度、汽轮机冲动级压力等，往往设置不同量程的仪表，分别满足启、停和正常运转不同的需求。某些仪表，如用差压计测量液位，与工况(介质温度、密度)联系在一起，因而需要设置用于不同工况的仪表。 4. 能反映事故状态的工况 　　任何工艺过程都有可能发生意外，由于设备损坏或环境意外、人的失误等使工艺过程偏离正常的运行参数，要求仪表能反映事故状态，从而有目的地纠正。对工艺过程的安全分析，是确定仪表测点需求的主要依据。用于反映事故工况的仪表通常是正常工况仪表的延伸，然而在某些特殊场合需要专门设置。如压水堆核电站的压力容器，其中安装反应堆堆芯，在正常工况下是充满冷却剂(水)的，美国三哩岛事故后，经验反馈要求能监测在事故工况下堆芯是否仍淹没在水中，防止堆芯烧毁，即监控压力容器水位。反映事故工况的仪表往往要适应事故时苛刻的工艺条件和环境条件，而对精确度的要求一般不高。 5. 为安全提供保障 　　为保证工艺系统的安全，仪表与控制系统除提供正常工况的显示和调节、控制功能外，还提供在异常工况时的逻辑控制和安全保护。安全系统要求很高的可靠性和可用性，通常采用冗余配置，本文将在第三节中详细讨论。 二 测点配置 　　一个工艺测点，可以只配置单台仪表变送器，也可配置多台仪表变送器；可采用监测连续量的仪表变送器，也可采用开关量的仪表变送器；可就地显示调节，也可远传到中央控制室集中显示和控制；依据是其要求实现的功能。不同的做法有时只是方法上的差异，来源于不同设计单位的传统，但各有其特点，充分发挥不同做法的优越性能，有利于降低仪表投资，提高仪控系统的控制性能和控制水平。 1. 单台仪表变送器和多台仪表变送器
　　(1)同一测点，安装多台仪表变送器，分别实现不同的功能。图1是某电厂NO.3B低压加热器水位测量模拟图，设置了9台测量水位仪表，204LMN、205LMN、206LMN是3台基地式水位调节器，分别控制NO.3B向NO.2A、NO.2B、NO.2C低压加热器的疏水，以维持NO.3B低加的水位。203MN是向电站计算机系统提供连续量信号，供操纵员监视NO.3B低加的水位。207SN、208SN、209SN、212SN是4台水位开关，提供水位异常时的报警信号和逻辑控制，209SN(低水位)、208SN(高1水位)、207SN(高2水位)通过ABP006AA光字牌组合报警，又当水位到达207SN(高2)定值时，延时3s开紧急疏水阀，水位到达212SN(高3)定值时，立即开紧急疏水阀，解列3B低加，开旁路阀并关闭3个正常疏水阀。
　　(2)一个测点只安装一台仪表变送器，所需完成的不同功能，通过信号处理和分配实现。图2是某核电厂主冷却剂回路一压力测点的SAMA图，该测点信号经I/V变换后，经元件3、4送堆芯冷却度监测，5为逻辑控制，低值时允许RRA001&021VP打开，6为高值报警，与RCP212VP, 215VP全关符合，发出“RCP压力高时RCP-RRA未隔离”报警，9、10为用于事故后监测的指示仪和记录仪，12送KIR系统，13为逻辑控制，安全保护阀RRA120&121VP闭合，14送电站计算机显示，15为指示仪。7、16是为实现隔离而使用的V/I、I/V变换，使16之下的电路故障不影响系统的功能。
　　(3)一个测点采用多台测量仪表变送器，经逻辑判别剔除坏值，根据安全分析，可以取高值、低值、平均值或n/m符号(对开关量)，然后去完成一个或多个功能。图3是某核电厂数据采集与处理计算机功能框图，输入信号来自传感器和其他冗余组，预处理和确认对所输入的数据进行初步分析和数据正确性的确认。然后，根据RTS和ESFAS分别设定的限值产生是否到达限值的逻辑信号，再分别进行必要的逻辑运算，最后产生RTS断路器和ESFAS驱动装置和启动信号。 2. 开关量与连续量 　　开关量或连续量仪表的选择取决于工艺过程的需求，参见下表。
　　有的测点，工艺需求同时监测连续量和开关量，在仪表配置上如上节所述，可以分别设置检测连续量的仪表变送器和开关量的仪表，也可以通过连续量的信号处理取得开关量。 3. 就地与远传 　　现代流程工业，一般都采用大型集中控制，以寻求最佳效益。然而就地显示仪表和基地式调节并未消失。在什么情况下需要就地仪表和采用基地式调节呢？(1)在有现场操作的地方，需提供就地指示；(2)需要巡回检查的部位，需配置相应的显示仪表。(3)有些被调参数，定值很少需要变更，调节参数(P、I、D)在调试后一般不需要经常调整，系统受外界干扰少，对象简单。采用基地式调节器，如自力式温度调节器、水位控制器等，安装在工艺设备附近，完成“自动机”功能，可以实现无人监控，减少操纵人员的负担。 　　测点的配置还受仪表品种和使用条件的限制，价格也是重要因素。仪表的安装条件在某些情况下也会影响其选用。总之，测点的配置具有多种选择，需要综合平衡，要求仪控设计人员充分理解工艺需求，熟悉仪控设备的性能，以实现最佳配合。 　　特别需要强调是：当控制功能是用于纵深防御时，如图1所示的情形，不能采用同一信号来源来实现不同功能，以防共模失效。 三 安全参数的测点选择与配置 　　安全参数也是工艺过程参数和设备状态参数，在功能上与用于保证生产过程稳定运行的参数不同，安全参数用于监测生产过程和设备状态的安全限值，一旦达到预见设定的阈值，即发出报警信号，驱动安全设施动作，使系统和设备安全停车或缓解事故危害。安全参数的选择依据是对工艺过程的安全分析。 　　安全分析的一般方法是：(1)确定可能发生的(或设计依据的)事故；(2)检查后果；(3)规定事故下工艺特性的安全界限；(4)选择用于触发保护动作的工艺变量和敏感元件；(5)确定保护动作下的类型和保护系统必须具有的性能特性。
　　安全分析的步骤顺序如图4所示。对安全系统的高可靠性和高可用性要求，需要高质量的设备和完善的管理，在设计安全参数的配置时，为防止单一故障导致系统失效，往往采取以下冗余措施：(1)多样性。包括功能多样性和设备多样性，即对每个规定的工艺假定始发事件，尽量用不同的物理效应或不同的变量来监测。在某些条件下，可用不同类型的设备来测量同一物理量，以便克服共模故障。(2)多重性。冗余配置，通过逻辑判别，防止单一故障导致保护失效。(3)环境适用性。在事故时(或极限工况下)，仪表变送器的运行环境相当严酷，提供保护信号的仪表要能承受此环境，否则无从保护。 四 对检测仪表的基本要求 　　前面讨论了工艺过程的测点选择和配置原则，还需要合适的仪表来完成这些配置，工艺过程对检测仪表的基本要求是：合适的尺寸、足够的灵敏性、宽的工作量程、快的响应时间、抗干扰能力。 　　应用各种物理或化学机理制成的仪表变送器，各有其特点，并不一定能满足各项要求，在选择仪表时，必需仔细研究仪表的使用条件，对照工作环境，检查是否合适，尽量选用合适的仪表。当无法找到恰当的仪表产品时，可以反过来根据仪表的要求对工艺过程和设备作适当的变动，以满足测量条件。例如某一小管径管道中介质的温度测量，在无合适小尺寸的温度检测元件时，可用局部扩大管径的办法解决。

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