新建装置仪表调试中典型故障的分析

摘要：本文以新疆维美项目中的天然气乙炔装置为基础，对其DCS控制系统、ESD紧急停车联锁系统和现场仪表在开车前调试中的各种故障进行分析总结，并对各种故障出现的概率、特点及其原因进行阐述。以便在以后的新建装置或改造项目的调试过程中能够更快的查出故障原因、提高工作效率。

主题词：集散控制系统、紧急停车系统、仪表调试、典型故障

一、 引言
控制系统简介
新疆维美项目采用的DCS系统为Honeywell PKS-R210,ESD系统采用的是Honeywell FSC-V701.该DCS系统由I/O板、控制器、通讯网络和操作站组成。其中I/O板主要完成模拟和数字的转换,即A/D和D/A转换;控制器是DCS的核心部件,是完成PID为主要功能的过程控制;操作站将生产过程与人相连,使人员达到监控和管理生产过程的目的;通讯网络是控制器与操作站之间的纽带。FCS系统主要由CP（CPU、COM、WD、DBM、VBD）和I/O卡件组成。
如下为DCS系统的简易结构图：

二、 仪表回路典型故障的分析与处理
1、单一模拟量输入点，该信号主要来源于现场变送器（压力、流量、液位、差压等）、温度探头（热点偶、热电阻）。回路方框图如下：
AI信号故障是发生率较高的一类故障之一，也是比较复杂、难度较高的故障之一。经过初步统计，遇到的故障有如下原因：1、安全珊、温度探头、变送器本身的选型或变送器量程选择错误。2、变送器的取源部位错误。3、引压管连接到变送器的正负压室反。4、孔板安装方向错误。5、节流孔板方向错误。6、变送器本身故障以及接线错误。7、本安栅接线错误或本身故障。8、本安栅电源配置错误。9电缆型号错误。10、强弱电缆线放在一个托盘。11、变送器组态错误。12、DCS组态错误。13、本安栅的组态有误。14、热电偶电缆没有使用补尝端子或电缆。15、温度探头接线错误。16、AI卡件或通道坏。17、引压管堵塞。
典型故障分析举例：
1.1 FI310在DCS操作站上指示为0，而实际应该有大约90%的流量。
首先从本安栅处初步判断一下，在本安栅处用万用表测量一下室外变送器的输入电流，显示为4mA。则可初步判断故障出在现场一端，如果测得的电流与实际流量所对应的电流值相同，则可以判断故障出在室内端，然后再检查一下DCS卡件的输入处是否正常，如果也正常；那么该故障应该为组态错误引起，检测组态量程、单位等参数。该故障因从现场来的信号就为4 mA，所以问题出在现场，一般来说，变送器坏的可能性不大，检查一下变送器的正负压室是否有堵的现象，结果无堵塞现象；应重新检查一下变送器的组态情况，组态的量程和单位是否正确，结果组态无误；再检查正负引压管与变送器的正负压室是否反，结果无误；再检查孔板的正负与介质的流向是否一致。结果无误后再检查节流孔板时发现节流孔板方向装反；改变节流孔板的安装方向后变送器显示接近实际流量，调整变送器零位后无变化。再核对设计资料的孔板量程，结果同变送器设置一致；最后查看厂家孔板资料时发现量程不一致，按照孔板资料的量程重新变送器组态后同实际流量相符，且与DCS显示一致；该回路正常。
此类故障现象是模拟量回路中最常见的故障之一，这种故障原因很多，处理起来时难时容易。一般来说，要先判断该故障是现场还是室内引起的，然后再根据实际作出下一步的判断。该故障一般在新装置的开车调试过程中容易遇到，主要原因就是出在仪表检测元件和节流元件的安装上，由安装人员的疏忽或介质流向判断错误引起。

2、仪表调节回路，是主要用来调节液位、流量、压力、温度等工艺参数，让各个工艺参数都能在稳定在设定值，是工艺控制环节中的重中之重。直接关系到产品质量和装置稳定连续的生产。它是几乎所有化工装置当中必不可少控制回路，而调节回路一般都为闭环式反馈调节。回路简易方框图如下：


这类控制调节回路中的故障原因有如下几种：1、电源配置不当（本安电源、电磁阀电源）。2、本安栅电源接线有误、3、电缆错线、错位、错通道、错线。3、接线端子接触不良。4、组态错误。5、保险管坏。6、现场电磁阀、变送器、调节阀故障（电磁阀坏的可能性较大、尤其在选择电磁阀型号时要注意当地环境因素）。7、回路中有接地现象。8、阀门定位器组态错误。9、PID参数设定不当。10、DCS卡件故障。11、调节阀的正反作用选择不当。
典型调节回路故障分析：
2.1 FrRCV120氧气流量波动
该回路是由FR120与FR125构成的比值调节回路,氧气流量的设定值根据天然气流量FI125和比值给定值FH120而定，属于动态值。FrRCV120.SP=FI125.PV×PH120,PH120给定值范围在0.455-0.65之间。具体给定值根据工艺参数情况调整。该回路中涉及比较全面，有位置开关、电磁阀、调节阀、变送器等现场仪表，有AI/O、也有DI/DO。是一个比较复杂的控制回路。该回路的信号流入下：


引起FrRCV120氧气流量波动的原因很多，有可能是PID参数设定不当、FrRCV120阀门定位器输出有波动、FRC125定位器输出有波动、FI125天然气压力波动较大、FI120氧气压力波动较大等，一般来说，氧气压力和天然气压力是否波动比较容易观察和判断，直接从DCS操作站上显示便可得知；属于PID参数调整不当的可能性比较大，因此首先应查看该回路的PID趋势图，适当的改变FrRCV120.SP后观察PID趋势图，发现当改变值很小时，阀门开度能逐渐的随之变化，但氧气流量FI120无变化；直到FrRCV120.SP值的同FI125实际值偏差达到20m3后氧气流量FI120才能逐渐变化达到设定值；这是比较明显的输出滞后现象。该故障有可能是由DCS系统引起，也有可能是阀门定位器引起；由于在FrRCV120.SP逐渐改变过程中该阀门的开度在随同变化，说明DCS系统的的输出是在不断变化的，控制系统输出正常；因此属于该阀门定位器的故障可能性较大。用万用表在机柜间本安输出处测电流值。重复刚才步骤，逐渐改变FrRCV120.SP，发现本安栅输出处的电流值在随同变化；这样可以确定该DCS系统输出正常。检查室外定位器，重复刚才步骤，发现当FrRCV120.SP逐渐改变的过程中，定位器的输出到阀门汽缸的气源压力无变化，直到与FI125实际值偏差达到20m3时，气源压力开始逐渐变化，说明该滞后是定位器原因。立即更换定位器后，该调节回路流量波动现象消除。
此类故障不仅在新建装置的开车调试过程中比较常见，就是在装置正常开车的运行过程中也比较普遍。在开车过程中出现这种情况多半是由于PID参数的设定不当，造成调节过慢、过快、往复震荡等故障。影响PID参数的因素较多，大多数调节回路都需要在开车调试中重新设置PID参数。而在装置正常运行后出现这类故障的原因多数是因为被测介质的压力波动和仪表气源压力波动引起，也可能是定位器的仪表气源接头漏引起的。
三、 装置开车过程中的故障总结
在新建装置的开车调试过程中除了以上两种比较常见的的典型故障之外，还有系统接地、DCS系统与ESD、PLC系统之间的通讯地址错误、回路的电源配置重复或没有等故障原因。一般在新建装置的回路调试过程中要先理清电源配置图和各个不同类型的仪表回路图，检查回路的中的电源和仪表元件配置是否合理；尤其是在仪表常用的220V和24V电源的配置上一定要小心谨慎。一旦220V电源串入到24V电源回路中有可能造成严重的经济损失。
四、 结束语
本文对新建装置中的仪表故障处理经验的总结，希望能够在以后的仪表调试和故障处理中有所帮助和借鉴。当然，在仪表的调试过程中还会遇到一些非常规的故障现象还有待我们去进一步的学习与探讨。只要能在工作中不断的总结与思考，就会在以后的仪表调试和故障分析更上一层楼。