火氣探測器信號一鍵旁通及一鍵解除在控制系統中的應用

孫浩文

(中海石油中國有限公司蓬勃作業公司 天津 300459)

0 引 言

在海上油氣生產設施上，都會配備一定數量的固定式可燃氣探測器和硫化氫探測器(若產出的油氣含有硫化氫)，在發生油氣泄漏時，在初期階段及時探測到危險氣體的存在，關斷系統根據已設定的控制邏輯迅速關停相關設備甚至關停生產，可以避免事態進一步擴大。但是在某些海上特殊作業特別是鉆修井作業過程中，正常操作就有可能產生少量油氣泄漏，而在已具備可靠的安全控制措施情況下，并不希望類似可控的油氣泄漏產生關斷。因此，在進行類似鉆修井作業前對作業區域的可燃氣及硫化氫探測器進行信號旁通，只產生報警并不觸發關斷，這是一項日常工作。若是探測器數量眾多，如某海上設施鉆修機模塊共配備了50個可燃氣探測器和硫化氫探測器，每次旁通或解除旁通都需要約20 min的操作時間，不僅占用大量人工時，更有可能會因旁通或解除旁通的順序錯誤導致意外關斷。因此，添加一鍵旁通和一鍵解除對提高工作效率并避免意外關斷很有必要。

1 控制系統中對于火氣探測器的表決邏輯

某海上設施火氣關斷系統采用的是GEFanuc PLC，對現場安裝的可燃氣和硫化氫探測器中包括50個鉆修機模塊探測器進行分區域表決，出現異常情況時輸出關斷信號實現安全防護的目的。這50個鉆修機模塊氣體探測器分布在不同的區域，多為2個一組，其余少量為3或4個一組。對于同一組中的探測器，產生關斷信號的表決邏輯匯總如下：

①該組中任一個未旁通的探測器故障和另一個未旁通的探測器高高報警同時存在；②該組中2個或以上探測器高高報警且未旁通；③該組中任一個探測器高高報警且未旁通，而其他探測器都已被旁通；④該組中全部探測器故障且未旁通，延時30 min關斷；⑤該組中任何一個故障且未旁通，而其他探測器都被旁通，延時30 min關斷。

2 實現信號旁通的過程及可能導致誤關斷的因素

該設施采用的是DeltaV過程控制系統，可在操作畫面上對相應的氣體探測器進行旁通及解除旁通操作，輸出命令通過modbus通信將信號傳輸至GEFanuc關斷系統。

按照上述的表決邏輯，假設2個一組的探測器，其中一個出現高高報警，正常情況下操作人員到現場進行確認，若是誤報警，會第一時間將該誤報警的探測器旁通，甚至將該組的2個探測器都旁通。在這種情況下，若人為疏忽誤操作，先將另一個探測器旁通，按照既定控制邏輯會立即產生關斷；另一種情況是當一個探測器出現故障，操作員誤操作先旁通另一個，系統將會延時30 min產生關斷。這2種情況都是因誤操作引起的，可能導致整個生產設施關斷，造成嚴重的經濟損失。

3 實現一鍵旁通及一鍵解除，避免產生誤關斷的可行性分析及方案

為避免上述誤關斷，在一鍵旁通和一鍵解除操作時也需要考慮探測器旁通和解除的先后順序。經過綜合分析后的控制策略：只要存在探測器報警或故障，則該探測器所在分組的所有探測器都不允許一鍵旁通及一鍵解除，只能由操作員手動進行操作。而進行手動操作時，需要在邏輯控制中從根本上消除誤操作的可能性。如上述例子：2個一組的探測器，若其中一個出現故障或誤報警，做旁通操作時必須先成功旁通該異常的探測器后，才允許旁通另一個。解除旁通時，若其中一個探測器異常且在旁通狀態，才允許另一個正常的探測器解除旁通。

4 方案的具體實施

要實現一鍵旁通或解除操作，需要在操作界面上設置一個快捷按鈕(如圖1中的BYPASS按鈕)，點擊該按鈕彈出選擇提示框，如圖1所示。

當需要進行一鍵旁通時，選擇BYPASS，點擊OK進行確認，在如圖2所示控制邏輯中的參數BYPASS_RESET會被置為1，經過功能塊PDE1及TP1的邏輯運算，控制功能塊ACT2會被執行(若選擇NORMAL，點擊OK確認后會被置為0，經過功能塊NDE1及TP2的邏輯運算，控制功能塊ACT4會被執行)。

具體執行過程為：

旁通操作，參數BYPASS_RESET置1后，PDE1檢測到輸入端由0變1，上升沿觸發，其輸出OUT_D為1，TP1輸出變為1，執行預設值10 s后變為0，在此10 s期間ACT2的輸入IN_D為1，該功能塊被執行，將旁通信號通訊至關斷系統，并在關斷系統中實現旁通信號的自鎖。10 s后TP1的OUT_D變為0，NDE2的輸入端IN_D由1變為0，下降沿觸發，其輸出OUT_D為1，TP3輸出為1，執行預設值10 s后變為0，即ACT3執行10 s，將旁通觸發信號置為0。

旁通解除操作，執行邏輯和旁通操作類似，當參數BYPASS_RESET置0后，NDE1下降沿觸發，ACT4執行10 s后，再執行ACT5，持續10 s，從而實現解除旁通的操作。

旁通和解除旁通信號在關斷系統中，類似電機常見的啟、保、停控制邏輯，很好理解，在此不做贅述。

控制功能塊ACT2實現了批量旁通而確保不會引起誤動作。首先將50個探測器的旁通信號SET_BYPASS_SDO(該參數即是通訊至關斷系統的旁通信號)全部置1，程序段下方的VB語句再進行判斷，以2個一組的可燃氣探測器E43AI9006PA和E43AI9006QD為例：

此段程序實現的是，只要E43AI9006PA和E43AI9006QD這2個探測器任何一個存在故障或者高報警，都會將它們的旁通信號SET_BYPASS_SDO置為0。以PLC一個掃描周期結束后輸出一次的特性，即便程序段開始置為1，若后段程序滿足要求置為0，最終的輸出結果將會是0，從而實現該組2個探測器任何一個有異常時，都無法實現旁通。

解除旁通的命令是由ACT4來實現。首先將50個探測器的解除旁通信號RESET_BYPASS_SDO全部置1，程序段下方的VB語句再進行判斷，仍以2個一組的可燃氣探測器E43AI9006PA和E43AI9006QD為例：

此段VB語句實現的是，只要E43AI9006PA和E43AI9006QD這2個探測器任何一個存在故障或者高報警，都會將它們的解除旁通信號RESET_BYPASS_SDO置為0，即不允許解除旁通。

需要注意的是，未能實現一鍵旁通和解除的探測器，只能由操作員手動執行操作，為避免先后順序錯誤導致誤關斷，同樣以2個一組的可燃氣探測器E43AI9006PA和E43AI9006QD為例說明：正常需要做手動旁通操作時，點擊畫面上對應的探測器位號如E43AI9006QD，在彈出的faceplate中點擊Bypass后確認即可，如圖3；如果該Bypass按鈕不顯示，就可以達到無法旁通的目的，如圖4；該按鈕顯示與否可由其控制模塊中的參數“BYPASS_REQUIRED”來決定，如圖5所示。

當參數BYPASS_REQUIRED＝1時，Bypass按鈕將會顯示，否則會隱藏。我們只要控制該參數的賦值，就可以達到能否旁通的目的。依然以2個一組的可燃氣探測器E43AI9006PA和E43AI9006QD為例，具體在程序中的執行如下：

上述VB語句實現的是：當探測器E43AI9006PA發生故障或者出現高報警，并且未被旁通，同時探測器E43AI9006QD正常時，在探測器E43AI9006QD的faceplate操作面板上的Bypass按鈕被隱藏，該探測器無法進行旁通操作，同樣，當探測器E43AI9006QD發生故障或者出現高報警，并且未被旁通，而探測器E43AI9006PA正常時，在探測器E43AI9006PA的faceplate操作面板上的Bypass按鈕被隱藏，該探測器無法進行旁通操作。

所有2個一組的探測器都是按照上述VB語句進行了設置，避免了因一個探測器故障或高高報警，操作員先旁通或解除另一個正常的探測器而引發的誤關斷。

5 效果檢驗及推廣價值

一鍵旁通和一鍵解除旁通功能完成后，經過測試，所需操作時間從原先的20 min以上縮減為5 s，不僅大幅降低了工作量，最重要的是提高了操作可靠性、避免了誤操作導致的意外關斷。以此作為延伸，在其他大量需要逐個進行操作的信號，可考慮進行批處理，實現一鍵完成。當然類似本文描述的情況，對于可能出現的意外情況要考慮周全，才能確保萬無一失。■