儀表維護中模擬量的常見故障分析

何曉云 肖琦

摘要：本文針對延安石油化工廠120萬噸/年重整、140萬噸/年柴油加氫、20萬噸/年聚丙烯、汽柴油精制等主裝置及輔助裝置儀表系統在裝置調試及日常維護中所出現的模擬量故障進行分析總結，希望可以從中汲取一些有益的經驗，以便在儀表的日常維護及檢修中能夠更快的進行故障處理，從而提高控制系統及儀表的安全性、穩定性、可靠性、實用性和經濟性，保證裝置的安全平穩運行。

關鍵詞：控制系統;儀表調試;故障;模擬量

一 引言

延安石油化工廠的儀表控制系統選用了橫河電機新一代的生產綜合控制系統CENTUM-CS3000、CENTUM-VP，該DCS系統由CPU、過程I/O模塊、通訊網絡和操作站組成。其中過程I/O模塊主要完成模擬和數字的轉換;CPU是DCS的核心部件，是完成PID為主要功能的過程控制;操作站是人機接口單元，使人員達到監控和管理生產過程的目的;通訊網絡是控制器與操作站之間的紐帶。

通過檢測變送單元將現場工藝參數（壓力、流量、溫度、物位、成分等）轉換為4～20mA標準信號送入I/O卡件并做相應處理后送入CPU，經過程序計算處理后，在操作站上進行顯示，同時工藝操作人員按控制要求將參數通過操作站控制自控閥等設備，從而調節被控對象以達到控制目的。

二.常見故障分析

1.模擬輸入量（AI）的常見故障：

該信號主要來源于現場變送器（壓力、流量、物位、差壓、分析等）、溫度元件（熱電偶、熱電阻）等。隨著科學技術的飛速發展，控制系統的使用更加廣泛，測量儀表日新月異，測量對象更為繁雜，此類故障在調試及日常維護中發生最多，是發生原因復雜、處理難度較高的故障之一。經過初步統計，遇到的故障主要有如下原因：

1、儀表線路原因：1）安全柵電源配置、接地不合規范;2）熱電偶電纜沒有使用補嘗端子或補償電纜選型錯誤;3）信號接地、屏蔽接地電阻過大;4）強弱電纜線未按規范進行隔離;5）現場信號、安全柵、卡件、端子板接線錯誤;6）信號線路接地、短路、斷路等本身故障。

2、現場測量元件原因：1）測量元件本身的選型或量程選擇錯誤;2）變送器的取源部位錯誤;3）引壓管至變送器的正負壓室接反、堵塞;4）現場安裝不符合規范;5）孔板安裝方向錯誤;6）測量元件本身故障。

3、控制系統原因：1）電源配置不當;2）安全柵故障;3）安全柵、DCS回路組態錯誤;4）I/O卡件跳線錯誤;5）冗余I/O卡件跳線不一致;6）I/O卡件通道精度誤差或損壞。

典型故障分析舉例：

1.1? 熱電阻/熱電偶顯示異常

此種故障現象相對明了，環節較少，處理也相對容易。故障多為接線箱、接線柜、安全柵、AI卡件、接線問題等。產生原因多為設計、組織施工協調不當，造成熱電阻公共端彼此不對應，熱電偶補償導線不匹配，安全柵接線錯誤、AI卡件通道連接不正確，組態時熱電偶、熱電阻類型選擇與現場不對應，溫度變送器接線、設置不正確，造成DCS指示異常。保證該點的物理位置與控制方案位號對應非常重要，應絕對避免混點發生。需逐點校驗常用方法為：開路法和短路法。

曾發生DCS溫度與現場溫度不符的情況。我們首先檢查溫度元件的選型、插深、補償導線選型、現場至機柜室線路、安全柵接線、卡件接線均無異常;然后再檢查DCS組態正確，卡件的工作也正常。那么判斷該故障應為溫度轉換式安全柵的錯誤引起，檢查該安全柵的接線、電源均正常。用萬用表測量安全柵輸入和輸出信號，發現輸入mV值與輸出mA值不對應，判斷應該是安全柵組態與DCS組態不相符引起的，檢查并修改安全柵組態后溫度顯示正常。

此種故障特點是：成批量錯誤，發現容易。該故障一般在新裝置的開車調試過程中和更換儀表后容易遇到。

1.2 現場變送單元與智能終端無法通訊

此種故障多為用375手持終端加信號進行回路檢查時無法連接現場設備，現場檢查多為沒有電源，DCS多顯示開路，也有DCS顯示回路正常但仍無法連接現場設備的情況。在實際工作中常常是根據系統特點、個人經驗、施工情況等做一些技巧性處理。此種故障點易出現在端子板、端子箱、AI卡件以及安全柵等處，變送單元本身的故障也偶有發生。

裝置儀表維護中常見的此類故障現象是模擬量回路中最常見的故障之一，這種故障原因多為線路故障，但偶發故障及系統軟故障判斷困難，處理過程比較繁瑣。一般來說，要先判斷該故障是現場還是室內引起的，然后再根據實際作出下一步的判斷。

1.3 現場信號與操作站指示不對應

此種故障多為儀表內部設置和DCS組態問題等軟故障，偶見儀表故障。具體表現在：零點、量程和工程單位是否一致、是否遷移、是否累積、是否流量開方、是否小信號切除、儀表輸出線路板故障等。

2.模擬輸出量（AO）常見故障

此類信號為控制系統控制工藝的直接環節，也是工藝人員經常操縱和改變的變量，其品質的好壞直接影響工藝指標，關系到產品質量。此類信號控制的現場設備一般包括控制閥、擋板、變頻器、調速器等。由于閥的種類繁多，性能差異也很大，故閥的選型對控制系統影響尤為重要。在調試過程中出現故障的環節與模擬輸入量相似，難易程度相似，處理方式也基本相同。此類故障主要發生在閥門本體、氣路部分、閥門附件，因此系統調試前的單體調試是不可缺少的步驟。常見的故障現象有：DCS有輸出，但是閥門不動作;閥門動作緩慢;DCS輸出值與閥位不對應或輸出值動作方向與閥要求動作方向相反等。故障原因除上面模擬量輸入所屬的各環節及組態外，還有以下原因：1、電磁閥無電源或故障;2、閥門定位器故障;3、氣路及氣路附件故障;4、調節閥本體如閥體、閥桿、閥芯、膜片等故障。

典型故障分析舉例：

2.1 當MV值為0時，定位器失電

在裝置開工調試過程和新增控制回路調試時經常遇到調節閥全關后，定位器失電，閥門無法打開的情況。經檢查回路設備及接線均正常。在檢查DCS組態時發現模塊中默認設置當輸出為0%時，實際按-17.19%進行輸出，電流為1.25mA;當輸出為100%時，實際按106.25%進行輸出，電流為21mA。而西門子智能定位器在1.25mA時不能工作，會出現黑屏現象。在CS3000系統內，為了保證閥門能關死和滿開，設置了關死和滿開功能。在組態中將-17.19%改為-1%或0%即可。

此類故障常發生在新裝置儀表調試中，原因查找相對簡單，只要掌握了處理方法，比較容易解決。

三? 裝置開車過程中的儀表故障總結

本文針對新建裝置儀表調試及日常維護中的常見故障及產生的原因進行了較為詳細的分析，對故障的處理和檢查提供了詳細的思路和方法。隨著新型儀表和智能儀表在裝置中的廣泛應用，在開車調試及日常維護過程中除了以上比較常見的模擬量的典型故障之外，還會出現更多的非常見故障。

參考文獻：

[1] 王永昌? 新建裝置儀表調試常見故障分析處理與探討?? 2008

[2] 侯慧姝 劉文興? 化工儀表典型故障分析及處理???? 2011

[3] 日本橫河電機的CENTUM-CS3000指導手冊