FPSO儀表回路測試與檢測

孫瑋

摘? 要：FPSO一種集油氣處理，儲存，外輸，生活辦公與一體并長期系泊在固定海域的新型石油平臺，現在已是海上油田開采的重要設備之一，文章就對FPSO儀表回路測試和檢測進行解析。

關鍵詞：FPSO;儀表回路;信號類型

中圖分類號：TQ056? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0069-02

引言

FPSO是在海洋石油天然氣工業中使用的浮式生產儲存卸貨裝置。FPSO工作過程的自動化程度要求非常高，因為無論是在生產過程中還是生活辦公過程中，各種電器設備、易燃易爆氣體甚至一些有毒氣體都是可能威脅到作業人員的安全的，所以這就要求平臺上盡可能的實現生產作業自動化并建立更加完善的自動化監測系統，完成這一目的的核心就是石油平臺上的中央控制系統SAS（safety and automation system）。本文就FPSO的中央控制系統SAS中各種不同信號類型的儀表回路的測試和檢測進行解析。

1 SAS儀表回路

SAS儀表回路一般指從現場儀表經過接線箱，端子排，安全柵在到機柜的卡鍵，組成一個回路，儀表回路又可分為開環和閉環，開環是指現場檢測儀表信號傳到二次表或 DCS 或 PLC 進行指示或報警;閉環是指現場檢測儀表信號傳到二次表或 DCS或PLC后經過運算，再將同計算結果相關的信號輸出到執行器（調節閥，變頻器等）;閉環回路又可分為簡單回路和復雜回路（串級，分程，比值等都可看作復雜控制回路），如果把FPSO比作人的身體的話，那么SAS中控系統就相當于是大腦，儀表回路則是神經系統，SAS中控系統通過儀表回路來檢測和維護FPSO的正常運行。

2 SAS儀表回路的信號類型

FPSO生產過程中，會涉及到溫度、壓力、流量、液位、開關狀態等等很多物理量或者化學量，為了生產的安全性和高效性，這些物理量和化學量需要自動化集成在SAS中，以便及時監控，而這些物理量和化學量是是不可能直接傳輸到SAS中控系統的，它們需要先轉化成電氣信號（4-20mA，0-24VDC 等等），為了有效的管理這些轉化的電氣信號，我們大致將它們分為四類：模擬輸入AI（Analog Input），數字輸入 DI（Digital Input），模擬輸出 AO（Analog Output），數字輸出DO（Digital Output）。

2.1 模擬輸入 AI（Analog Input）

模擬輸入 AI（Analog Input）主要是指一些現場的物理量或者化學量轉換成4-20mA的電氣信號傳輸到SAS中控系統中，這類現場儀表主要包括：壓力、溫度、流量、液位傳送器，震動傳感器，重量傳感器，火氣探測器，火氣報警器等。

2.1.1 壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器

顯示傳送器儀表回路的測試，一般步驟為：0→LL（低低報警消失）→L（低報警消失）→50%→H（高報警出現）→HH（高高報警出現）→100%→HH（高高報警消失）→H（高報警消失） →50%→L（低報警出現）→LL（低低報警出現）→0;最后做 OPEN LOOP（斷路）測試。

上述調試步驟并不固定，只需要保證SAS中控系統的畫面顯示與本地儀表的顯示是一一對應的并且可以滿量程測試，當然在測試前與測試過程中，都有可能遇到各種各樣的回路錯誤報警，如果遇到此類問題，這時就需要對回路進行檢測。

儀表回路檢測主要包括兩部分：硬件檢測和軟件檢測。硬件檢測即檢測現場儀表、接線箱、端子排、安全柵、機柜的卡鍵、SAS服務器以及連接它們的電纜是否完好無損并正確連接;軟件檢測即檢測SAS中控系統中的邏輯程序和 HMI（顯示器上的儀表畫面）是否準確無誤。對于上述壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器的檢測，因為是將測量量轉化成4-20mA的電流信號，所以我們只需用信號發生器在現場儀表側給出4-20mA的電流信號，然后觀察SAS中控系統操作站的儀表畫面的相關反應就可以確定是硬件故障還是軟件故障，最后參閱相關設計文件消除檢測故障。

2.1.2 震動、重量、分析顯示傳感器

這儀表類型的測試與檢測方法與2.1.1壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器大致相同，只不過這類儀表的測量量比較抽象，在重新校對儀表的時候需要更加仔細認真。

2.1.3 火氣探測器、火氣報警器

這類火氣儀表的測試和檢測方法與2.1.1壓力、溫度、流量、液位顯示傳送器也大致相同，特點是不但測量量比較抽象，而且都是安全范疇內的，這就要求回路中要帶有回路檢測，這樣回路故障可以及時被發現處理。

2.2 數字輸入DI（Digital Input）

數字輸入DI（Digital Input）是指現場的一些開關、按鈕的狀態轉化成0-24VDC的電壓信號傳輸到SAS中控系統中，這類現場設備主要分包括：位置、壓力、流量、液位開關，按鈕，公共告警燈等等。

2.2.1 位置、壓力、流量、液位開關

位置、壓力、流量、液位開關是將現場的開關的開狀態和關狀態轉化成相應的0和24VDC電壓信號。這類位置、壓力、流量、液位開關回路的測試一般步驟為：現場位置開關打到關狀態，機柜的卡鍵接收到24VDC的電壓信號，中控系統中位置開關畫面顯示關狀態;位置開關再打到開狀態，機柜的卡鍵接收到的24VDC電壓信號消失，中控系統中位置開關畫面顯示開狀態。

回路檢測也同樣是兩部分：硬件檢測和軟件檢測。其檢測方法與步驟與上述傳送器一樣，但因為是轉化為0-24VDC電壓信號，所以使用的檢測儀器不再是信號發生器，而是可以直接使用萬用表在現場開關一端測量相關電纜的電壓多少來確定是硬件故障還是軟件故障，然后進行整改。

2.2.2 按鈕

應急停止按鈕是將觸發狀態和非觸發狀態轉化成相對應的24VDC和0電壓信號，應急停止按鈕也是一類常見的VFC（干接觸）信號類型，因此，測試和檢測方法與 2.2.1 位置、壓力、流量、液位開關是相同的，只不過這類應急停止按鈕如果觸發，可能導致一些設備突然關停，發生安全隱患，所以在測試前要先把應急停止按鈕強制不生效（Force On）。

2.3 模擬輸出 AO（Analog Output）

模擬輸出 AO（Analog Output）主要是指SAS中控系統中的控制信號轉換成4-20mA的電氣信號傳輸到現場控制閥，控制閥做出相應的動作來保證生產過程的正常運行?？刂崎y由兩個主要的組合件構成：閥體組合件和執行機構組合件（或執行機構系統），這里所講的4-20mA的電氣信號主要就是傳輸到執行機構組合件中的電磁閥，而電磁閥則是用來控制氣動執行機構開關的，這樣就達到了控制閥門開關的目的，電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。

這類控制閥測試步驟：通電通氣后，由SAS中控系統給出控制閥輸出值（0→50%→100%→50%→0），最后做FO（Fail Open）、FC（Fail Close）測試。

控制閥回路檢測同樣主要包括兩部分：硬件檢測和軟件檢測。硬件檢測即檢測現場控制閥、接線箱、端子排、安全柵、機柜的卡鍵、SAS服務器以及連接它們的電纜是否完好無損并正確連接;軟件檢測即檢測SAS中控系統中的邏輯程序和HMI（顯示器上的儀表畫面）是否準確無誤。對于上述控制閥的檢測，因為是將控制量轉化成4-20mA的電流信號，所以我們只需用萬用表在端子排和控制閥兩側同時測試一下電流信號并對比一下，然后觀察現場控制閥的相關反應就可以確定是硬件故障還是軟件故障，最后參閱相關設計文件消除檢測故障。

2.4 數字輸出AO（Analog Output）

數字輸出AO（Analog Output）主要是指SAS中控系統中的控制信號轉換成 24VDC 的電氣信號傳輸到現場儀表設備，儀表設備做出相應的動作來保證生產過程的正常運行。這類儀表設備主要包括：電磁閥，開關，報警燈，喇叭等等。這類儀表設備測試步驟：由SAS中控系統給出動作指令，觀察現場儀表設備的相應反應。

回路檢測主要包括兩部分：硬件檢測和軟件檢測。硬件檢測即檢測現場控制閥、接線箱、端子排、安全柵、機柜的卡鍵、SAS服務器以及連接它們的電纜是否完好無損并正確連接;軟件檢測即檢測SAS中控系統中的邏輯程序和 HMI（顯示器上的儀表畫面）是否準確無誤。對于上述儀表設備的檢測，因為是將控制量轉化成24VDC電壓信號，所以我們只需用萬用表在端子排和現場儀表兩側同時測試一下電壓信號并對一下，然后觀察現場儀表設備的相關反應就可以確定是硬件故障還是軟件故障，最后參閱相關設計文件消除檢測故障。

3 結束語

本文介紹SAS儀表回路定義，以及SAS儀表回路的信號類型，探討了儀表設備測試步驟，并對回路檢測進行了研究，實際工作中還應根據具體儀表和相關設計文件進行檢測，通過大量的測試和數據積累，可以有效掌握儀表測試與檢測，及其處理和解決問題的方法。

參考文獻：

[1]邱祥倫.石油化工自動化儀表控制技術及儀表控制[J].工業自動化儀表，2018.

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