引言
化工生產(chǎn)企業(yè)因生產(chǎn)原料和生產(chǎn)工藝方面的特殊原因,不可避免地存在諸多不安全因素以及高污染的可能性,為有效避免人為主觀原因造成的突發(fā)安全事件和環(huán)保事件,通常應用儀表自控系統(tǒng)輔助人工完成相關(guān)工作,這也是化工生產(chǎn)企業(yè)的必然發(fā)展趨勢。
精細化工作為化工領域的重要分支,它與基礎化工的不同點在于:(1)因產(chǎn)量少、工藝反應時間長而多采用間歇式生產(chǎn):(2)因產(chǎn)品需與下游市場需求情況相適應,所以產(chǎn)品更迭速度快。但自控系統(tǒng)設計先期投用成本一般較高,涉及多個專業(yè)領域,所以對專業(yè)技術(shù)人員的素質(zhì)能力要求較高,這些都大大限制了自控系統(tǒng)的普及。自控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性除了與產(chǎn)品本身的軟硬件質(zhì)量息息相關(guān)以外,也與專業(yè)維護人員的技術(shù)水平有著密切聯(lián)系。
1化工儀表自控系統(tǒng)的主要組成
化工儀表自控系統(tǒng)一般由檢測單元、變送轉(zhuǎn)換單元、控制單元和執(zhí)行單元●大部分組成,它四之間主要是通過各種信號進行串聯(lián),以實現(xiàn)其功能。
在控制回路中,可以將電信號視為一個能流,根據(jù)它的流動方向和流動狀態(tài),查找故障發(fā)生的位置。在自控系統(tǒng)中,電信號主要分為模擬量信號和數(shù)字量信號,能流根據(jù)參照物不同分為輸入和輸出信號,因此有模擬量輸入信號(A1)、模擬量輸出信號(A0)、數(shù)字量輸入信號(D1)、數(shù)字量輸出信號(D0)4種。因脈沖量信號應用較少,本文暫不提及。值得注意的是,1/0信號是相對的,具體根據(jù)選取的參照物不同而不同。
檢測、變送單元可以理解為采用傳感器技術(shù),通過各種物理或化學原理,使需要測量或控制的物理參數(shù)或狀態(tài)被表征出來。其涉及的專業(yè)領域廣泛,如發(fā)生故障,需根據(jù)具體工作原理判斷維修的可行性。
控制單元即各種能夠進行邏輯運算的控制器。在化工領域應用較多的有DCs系統(tǒng)和PLC系統(tǒng),單個設備控制仍然存在基于單片機技術(shù)的控制器,這里不做介紹。DCs系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)大體上都是由電源模塊、CPU模塊、1/0模塊和連接器組成,也涉及通信模塊及擴展模塊等特殊用途的組件。配合上位機對程序進行編譯閱讀,是實際查找自控故障的最有效手段。因其制造集成化高、精密性強,如發(fā)生故障,一般采用直接更換的方式。
執(zhí)行單元一般為執(zhí)行器,常見的有調(diào)節(jié)閥、開關(guān)閥,與電氣專業(yè)配合時,還包括熱保護器等有輔助動作功能的電器元件。
2能流在故障診斷中的應用
2.1利用能流的流動方向進行故障診斷
在自控系統(tǒng)運行過程中,能流貫穿整個過程。因為控制單元是自控系統(tǒng)的核心,所以在查找故障時,要以控制單元作為主體,判斷能流的流動方向,然后"順藤摸瓜",就可以查找到故障的具體部位?；ぱb置運行中,常見的能流流動方向如表1所示。
根據(jù)上述能流方向進行宏觀上的故障查找,能夠達到快速鎖定故障部位的目的。具體的硬件故障還需要根據(jù)硬件本身的結(jié)構(gòu)和原理進行修復。
2.2利用能流的流動狀態(tài)進行故障診斷
能流的流動方向給故障查找提供了宏觀的方向性指引,在具體故障處理過程中,往往會忽視能流的流動狀態(tài)。實際上,能流也有品質(zhì)要求,當能流的流動狀態(tài)不符合要求時,自控系統(tǒng)的運行會受到極大的影響。因為能流本身無法實現(xiàn)可視化,所以需要借助儀器進行分析。示波器是儀表自控專業(yè)故障判斷的常用工具之一,通過示波器可以觀察能流的流動狀態(tài),判斷其是否受到外界信號干擾,或者高(低)電平持續(xù)時間是否滿足控制器掃描周期需要等。當通過能流的流動方向查找故障部位受到阻礙時應當考慮上述內(nèi)容,尤其是自控系統(tǒng)安裝施工比較粗放時特別需要注意這個問題。
3故障處理實例
3.1某電動執(zhí)行機構(gòu)故障處理
某裝置使用小型PLC控制系統(tǒng)進行簡單的過程控制。PLC為ModiconM218可編程控制器,擴展兩個模擬量模塊和兩個數(shù)字量模塊。運行過程中,系統(tǒng)報警顯示"電動閥開信號超時",裝置聯(lián)鎖跳車。根據(jù)能流流動方向判斷法,D1模塊未能在設置時間內(nèi)接收到相應的數(shù)字量輸入信號時報警,使用萬用表測量位置開關(guān)的常開點沒有閉合信號,打開現(xiàn)場相應電動閥接線盒,檢查位置開關(guān)凸輪的動作情況,發(fā)現(xiàn)其未到達極限位置,因此無法發(fā)出使D1導通的電壓信號。調(diào)整凸輪機構(gòu),使其達到極限位置后,裝置能夠正常開車,且運行正常。
3.2脈沖量信號對模擬量信號的干擾作用
某化工裝置風機轉(zhuǎn)速使用脈沖量信號進入DCs控制系統(tǒng),前期投用正常,但運行數(shù)年后發(fā)現(xiàn)其機械監(jiān)視儀表(振動監(jiān)視、位移監(jiān)視)常出現(xiàn)誤動作現(xiàn)象,考慮風機運行安全性,機械儀表使用二取二聯(lián)鎖保護,發(fā)生誤動作停機事件的概率高。經(jīng)系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)人員與甲方技術(shù)人員共同查找故障,發(fā)現(xiàn)脈沖量信號的引入對機械儀表傳送回的4~20mA標準電流信號有不規(guī)則干擾。加裝信號隔離用安全柵后,此故障未再出現(xiàn)。由此可見,自控系統(tǒng)中高頻信號的引入要特別注意,其干擾能力存在不確定性,為故障診斷增加了困難。
3.3標準電流信號傳輸故障
某裝置標準電流信號的傳輸采集出現(xiàn)故障?，F(xiàn)場變送器指示在量程的一半左右,但中控顯示其值為滿量程。依次測量變送器輸出電流,AI卡件輸入電流和現(xiàn)場變送器的輸出電流分別為22mA和12mA,與各自顯示一致,斷開控制回路,單獨測量AI通道電壓,DC24V正常。然后使用標準信號發(fā)生器進行卡件通道的單獨測試,未見異常。將電纜兩頭懸空,測量其絕緣情況,發(fā)現(xiàn)電纜有短接現(xiàn)象。檢查電纜敷設情況,發(fā)現(xiàn)電纜在一轉(zhuǎn)彎處有破損,重新進行絕緣處理后,中控顯示值與變送器顯示值相一致。
分析認為,電纜絕緣雖然被破壞,但未發(fā)生過大的短路電流,使得熔斷器未發(fā)生動作。但絕緣破壞之后,回路中增加了并聯(lián)支路,因此,輸入卡件的電流應為變送器輸出電流和絕緣破壞處短接電阻產(chǎn)生的電流之和,造成中控顯示值大于現(xiàn)場變送器顯示值的情況。
4結(jié)語
隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)性改革,作坊式生產(chǎn)模式終將被淘汰,現(xiàn)代化的智能工廠建設勢在必行,化工行業(yè)作為高風險、高污染行業(yè),自控系統(tǒng)的大規(guī)模應用是必然選擇。但自控系統(tǒng)集成度高,結(jié)構(gòu)復雜,涉及專業(yè)領域多,對系統(tǒng)的設計與安裝有著很高的要求?；て髽I(yè)只有不斷克服困難,應用新技術(shù)、新工藝,才能在競爭激烈的市場環(huán)境下長久發(fā)展。
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