基于軟件方法提高聯鎖回路的可用性

蔣貴文 于洪波

（中國石油獨山子石化公司信息網絡公司）

聯鎖保護對于保證石化生產工藝過程的安全運行起著至關重要的作用， 但是由于儀表設備故障或者測量假顯而引起的誤聯鎖， 卻對化工生產過程的影響非常大， 輕則引起產品質量不合格，重則導致裝置停工或者循環。 為了使聯鎖保護回路起到對過程安全的保護作用， 又不會過保護， 提出通過對聯鎖回路信號的有效性進行監測，剔除有問題的測量信號，保留有效聯鎖回路信號，以期降低誤聯鎖幾率，提高聯鎖回路的可用性。

1 適用工況簡介

如圖1 所示，某化工工藝過程中，有兩臺原料精制床串聯使用，每臺精制床上各設置5 臺溫度測量儀表，按照不同的床層高度設置，監控不同床高的溫度。 生產介質為危險介質，如果床層溫度失控，必須關閉進料閥，打開放火炬閥，以防止介質在精制床中停留， 達到保護精制床的目的。 根據催化劑的特性，床層溫度分布明顯，每一臺溫度測量儀表監控一個床層溫度，所以聯鎖邏輯關系設置為五選一（1oo5）。

圖1 某化工工藝流程簡圖

2 聯鎖回路存在的問題

在生產過程的最前段是原料進裝置的位置，如果出現問題，裝置就會停工，損失巨大。 在兩臺精制床上配置的10 臺溫度測量儀表中有1 臺出現假顯，該流程就會處于停工狀態，進而引發全裝置停工。 聯鎖回路的可用性很低，容易出現由于儀表元器件故障而產生的停車事故。

3 提高可用性的原理及方法

在確保裝置安全性同時不降低聯鎖保護功能的前提下，需盡量減少由于儀表設備故障而導致的誤聯鎖，以提高聯鎖回路的可用性。根據SIL評估結果，SIF 回路的SIL 等級為SILA，其安全功能要求不算太高，但是出現故障后對裝置運行的影響很大， 這就需要想辦法提高回路的可用性。結合工藝原理及溫度測點布置分析，由于各溫度測點沒有關聯性，10 個溫度測點各自監控各自的介質區域， 所以表決方式不能改為多選（noom），因此只能在回路可靠性和信號質量方面做工作。

溫度測量回路使用一體化溫度變送器（熱電阻）來檢測溫度，溫度變送器輸出4～20mA 電流信號，經過安全柵后進入SIS 系統，由SIS 系統完成SIF 功能。 溫度變送器安裝在現場，表體帶故障報警輸出功能，該功能可以檢測變送器輸入開路，或者短路情況下將變送器的輸出保持在一個給定值。

本裝置采用TRICON SIS 系統， 對于模擬量輸入信號的處理方式為， 卡件接收4～20mA 信號， 在系統內轉換成819-4095 的整型量編碼，再通過功能塊對編碼進行處理來實現聯鎖功能。

SIS 系統內部模擬量輸入信號的處理， 其功能塊如圖2 所示，RAW_IN 直接指定到硬件輸入通道，接收819-4095 的整型量代碼，轉換成實數型輸出變量，并在功能塊中完成量程轉換、報警值設定、報警值輸出及回路故障檢測輸出等功能的設置。 該模塊是SIS 系統自帶的標準模塊，模塊帶故障檢測功能，對輸入編碼值的范圍進行監視。 輸入值的監測范圍通過RAWOPN 和RAWSHT 設置（RAWOPN 是監測值的下限，RAWSHT是監測值的上限），RAWOPN＜RAW_IN＜RAWSHT，RAW_IN >RAWSHT 或 者 RAWOPN >RAW_IN；INV管腳是回路狀態輸出，輸出“1”表示回路正常，輸出“0”表示回路不正常。

圖2 模擬量輸入回路功能塊

其上下限值RAWSHT 和RAWOPN 的計算式分別為：

RAWSHT=（IN_mA_H/16）*3276

RAWOPN=（IN_mA_L/16）*3276

其中IN_mA_L和IN_mA_H為希望監測的回路電流低限值和高限值。

在圖2 所示的功能塊中，監測上限值設定為4 423，監測下限值為737。 轉換成監測回路電流的 值 分 別 為：IN_mA_L =3.6mA、IN_mA_H =21.6mA，也就是說如果該測量回路的電流在3.6～21.6mA， 即認為該測量值有效，INV 狀態為“1”；如果超出這個范圍則認為測量值無效，INV 狀態為“0”。

信號處理完成后，通常將功能接點輸出信號用作后續聯鎖功能的條件信號來完成聯鎖保護功能，回路故障監測接點（INV）將送出報警。這樣實現的問題在于，如果回路中出現故障，在回路監測報警的同時，聯鎖報警也會送出。 回路故障時系統接收到的測量值不能真實反映工藝過程值，這樣就會出現誤聯鎖，降低回路的可用性。

4 提高可用性的方案

將回路監測信號作為聯鎖功能信號的輸出條件進行判斷，如果回路監測信號狀態為1，認為回路狀態正常，聯鎖功能信號正常輸出；如果回路監測狀態信號為0，認為測量回路故障，聯鎖功能信號保持，送出回路監測故障報警信號，提示操作和維護人員對工藝過程和測量回路進行檢查和確認。 在聯鎖功能狀態中增加10s 延時，一方面可以避免出現聯鎖功能狀態先于回路故障監測狀態觸發； 而且本回路為溫度測量回路，測量需要一定的響應時間。 改進后的聯鎖邏輯如圖3 所示。

圖3 改進后的聯鎖邏輯

5 結束語

筆者提出的采用軟件手段對聯鎖回路信號可靠性進行監測的方案， 不需要增加硬件設備，也不會降低聯鎖回路的保護功能，能夠在一定程度減少由于測量設備故障而導致的誤聯鎖，減少誤停車損失。 但是該方法實施中有特定的使用范圍和局限性，有的測量參數比較敏感（如壓力、流量等），有的過程參數測量周期長（如溫度、成分等），因此延時時間需要根據具體工況設定。