一種自控儀表專業(yè)技術(shù)管理方法的應(yīng)用探討

李文忠

（中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東青島 266500）

0 引言

作為從事自控儀表專業(yè)技術(shù)管理的工程技術(shù)人員，日常面對的是種類繁多的自控儀表設(shè)備、功能各異的控制系統(tǒng)以及堆積如山的設(shè)計(jì)文件、圖紙資料，在從事繁瑣的自控儀表設(shè)備技術(shù)管理的過程中經(jīng)常會產(chǎn)生困惑和迷茫，為做好基本的自控儀表技術(shù)管理工作，尋找管理工作中的關(guān)鍵點(diǎn)、切入點(diǎn)，全面掌控各生產(chǎn)裝置自控儀表設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)維修技術(shù)，本文探討了自控儀表專業(yè)基本技術(shù)管理工作的思路與方法。

1 自控儀表信號回路的概念

石油化工企業(yè)過程控制層（Process Control System，PCS）常見的控制系統(tǒng)主要有：集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）、安全儀表系統(tǒng)（Safety Instrumented System，SIS）、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)（Compressor Control System，CCS）等。如果把上述各控制系統(tǒng)比作人的“大腦”，那么與各控制系統(tǒng)相連的信號回路則可形象的比作一條條的“神經(jīng)”。大腦通過神經(jīng)連接全身各器官進(jìn)行感知和動(dòng)作，各控制系統(tǒng)則通過信號回路連接現(xiàn)場儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)檢測和控制。

簡而言之，自控儀表系統(tǒng)主要是由一個(gè)個(gè)信號回路構(gòu)成的。也可以說，自控儀表專業(yè)工作的核心首先是搭建清晰、正確的“信號回路”。循著清晰的信號回路，逐步排查回路上各個(gè)節(jié)點(diǎn)（如現(xiàn)場儀表設(shè)備、電纜、安全柵、系統(tǒng)卡件、系統(tǒng)內(nèi)部組態(tài)等）存在的問題，則可保障整個(gè)信號回路暢通，確保檢測和控制的正常進(jìn)行。

常見的儀表信號回路按照信號性質(zhì)可分為：①AI 模擬輸入信號回路；②AO 模擬輸出信號回路；③DI 數(shù)字輸入信號回路；④DO 數(shù)字輸出信號回路；⑤PI 頻率輸入信號回路。

2 自控儀表專業(yè)技術(shù)管理所需的圖紙資料收集

準(zhǔn)確、齊全的圖紙資料是自控儀表專業(yè)開展技術(shù)管理工作的核心基礎(chǔ)，是自控儀表材料采購、設(shè)備制造、工程建設(shè)施工、裝置投產(chǎn)運(yùn)行以及維護(hù)維修工作的根本依據(jù)。因此做好圖紙資料的收集是自控儀表專業(yè)技術(shù)管理工作的基本功，也是技術(shù)管理首先要做的基礎(chǔ)工作。

2.1 主體裝置自控儀表專業(yè)圖紙資料

設(shè)計(jì)單位自控儀表專業(yè)在存檔和提交圖紙時(shí)，不可能一次把全部圖紙資料提交完畢。一般根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)程，分兩次存檔和提交，即：室外部分圖紙和室內(nèi)部分圖紙。

室外部分圖紙主要包含：目錄、說明書、儀表索引表、儀表測量管路方案索引表、儀表電纜索引表、儀表規(guī)格書、材料表、管道及儀表流程圖（Piping and Instrument Diagram，P&ID，包括工藝及熱工部分）、安全儀表系統(tǒng)邏輯圖、伴熱回水標(biāo)準(zhǔn)圖、各類儀表測量管路連接圖、電纜槽盒平面布置圖、氣體檢測器平面布置圖、儀表管線平面布置圖等，應(yīng)根據(jù)圖紙目錄完成室外部分圖紙收集和整理。

室內(nèi)部分圖紙主要包含：目錄、說明書、I/O 索引表、材料表、現(xiàn)場機(jī)柜室平面布置圖、現(xiàn)場機(jī)柜室機(jī)柜基礎(chǔ)圖、現(xiàn)場機(jī)柜室室內(nèi)電纜敷設(shè)示意圖、各機(jī)柜布置圖、配電柜布置圖、各機(jī)柜卡件布置圖、各控制系統(tǒng)接線圖、現(xiàn)場機(jī)柜室接地系統(tǒng)原理圖、現(xiàn)場機(jī)柜室接地系統(tǒng)布置圖等，應(yīng)根據(jù)圖紙目錄完成室內(nèi)部分圖紙收集和整理。

2.2 主體裝置施工安裝過程中產(chǎn)生的自控儀表專業(yè)關(guān)鍵資料

自控儀表施工安裝過程中，遇到與設(shè)計(jì)文件不符或設(shè)計(jì)文件說明不全、不清楚的問題，施工單位將立即提交《工程聯(lián)絡(luò)單》至設(shè)計(jì)單位。一般問題，設(shè)計(jì)人員在《工程聯(lián)絡(luò)單》上直接書面答復(fù)，施工單位將依據(jù)設(shè)計(jì)回復(fù)進(jìn)行施工、整改；關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)人員將通過《設(shè)計(jì)變更通知單》方式對設(shè)計(jì)文件進(jìn)行補(bǔ)充或修改，施工單位根據(jù)《設(shè)計(jì)變更通知單》內(nèi)容進(jìn)行施工、整改。因此，自控儀表專業(yè)《工程聯(lián)絡(luò)單》和《設(shè)計(jì)變更通知單》也是非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)資料，應(yīng)做好收集和整理，不能缺失。

2.3 大型機(jī)組（泵）自控儀表專業(yè)圖紙資料

2.3.1 國產(chǎn)大型壓縮機(jī)組圖紙資料

完整的國產(chǎn)大型壓縮機(jī)組（如：離心壓縮機(jī)組）圖紙資料通常由3 家制造廠商提供的資料組成，分別為壓縮機(jī)制造廠提供的儀表專業(yè)圖紙資料、汽輪機(jī)制造廠提供的儀表專業(yè)圖紙資料以及壓縮機(jī)干氣密封廠家提供的儀表專業(yè)圖紙資料。應(yīng)根據(jù)各制造廠提供的圖紙目錄清單完成與自控儀表相關(guān)的圖紙資料的收集和整理。

國產(chǎn)大型壓縮機(jī)組需要收集儀表及相關(guān)的圖紙資料，與壓縮機(jī)相關(guān)的主要包含：壓縮機(jī)工藝氣管道及儀表流程圖、潤滑油系統(tǒng)管路儀表流程圖、水站及水系統(tǒng)管路儀表流程圖、壓縮機(jī)組/潤滑油站現(xiàn)場儀表板（架）安裝布置圖、接線箱接線圖、壓縮機(jī)組各儀表訂貨單、控制系統(tǒng)端子排出線圖、報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖、CCS 系統(tǒng)控制柜安裝布置圖、儀表單元接線圖、控制系統(tǒng)訂貨單、邏輯流程圖、回路匯總表等。

與汽輪機(jī)相關(guān)的主要包含：汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)儀表流程圖、調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖、蒸汽疏水系統(tǒng)圖、器材清單、接線盒端子圖、汽輪機(jī)就地儀表架圖紙（包括盤面布置圖、背面接管圖、出線端子圖）、汽輪機(jī)自控與檢測使用說明書、汽輪機(jī)使用說明書、汽輪機(jī)振動(dòng)/位移/鍵相/轉(zhuǎn)速傳感器等安裝圖、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥特性線圖、汽輪機(jī)功能表等。與干氣密封系統(tǒng)相關(guān)的主要包含干氣密封系統(tǒng)裝配圖、干氣密封控制系統(tǒng)圖、干氣密封控制系統(tǒng)接線圖、干氣密封控制系統(tǒng)報(bào)警聯(lián)鎖圖、干氣密封系統(tǒng)操作說明、干氣密封系統(tǒng)儀表、閥門匯總表等。

2.3.2 進(jìn)口大型機(jī)組（泵）圖紙資料

通常情況下，進(jìn)口機(jī)組（泵）圖紙資料是比較完整、齊全的，有清晰的圖紙資料清單，應(yīng)根據(jù)清單，查找儀表施工、安裝、調(diào)試、維護(hù)所需要的圖紙、數(shù)據(jù)。必要的圖紙有管道及儀表流程圖、儀表清單及數(shù)據(jù)表、接線箱接線圖、聯(lián)鎖邏輯圖和報(bào)警/停車設(shè)定值表、開車備件清單、儀表說明書及圖紙等。

2.4 自控儀表專業(yè)重點(diǎn)參考的其他專業(yè)圖紙資料的收集

除了上述屬于自控儀表專業(yè)范疇內(nèi)編制的圖紙資料以外，還有部分屬于其他專業(yè)范疇的圖紙資料是自控儀表全面技術(shù)管理工作需要查閱和重點(diǎn)參考的。與配管專業(yè)相關(guān)的圖紙資料主要有雙金屬溫度計(jì)/熱電偶（阻）管嘴、壓力儀表取源管嘴等歸屬配管專業(yè)設(shè)計(jì)范圍。設(shè)備法蘭規(guī)格及管嘴高度等是儀表專業(yè)需要用到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如果需要準(zhǔn)確確認(rèn)該數(shù)據(jù)，必須首先找到管嘴所在的管道編號，然后查閱相應(yīng)的管段圖（又稱單管圖），即可得到所需數(shù)據(jù)。

與設(shè)備專業(yè)相關(guān)的圖紙資料主要有雙法蘭變送器儀表、浮筒液位變送器、玻璃板液位計(jì)、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)等液位儀表對應(yīng)的設(shè)備法蘭等歸屬設(shè)備專業(yè)設(shè)計(jì)范圍。法蘭規(guī)格及管嘴高度、取源間距等是儀表專業(yè)需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如果需要準(zhǔn)確確定該數(shù)據(jù)，必須查閱所在的設(shè)備總圖及零部件圖，即可得到所需數(shù)據(jù)。

與工藝專業(yè)相關(guān)的圖紙資料主要有：工藝原則流程圖（Process Flow Diagram，PFD）及物流表，可以查到PFD 圖中的各編號物流工藝數(shù)據(jù)，包括介質(zhì)狀態(tài)、溫度、壓力、流量、介質(zhì)組成等。

與熱工專業(yè)相關(guān)的圖紙資料主要有：涉及鍋爐汽包、蒸汽發(fā)生器、加熱爐等儀表的管嘴、快開風(fēng)門、煙道控制擋板等屬于加熱爐熱工專業(yè)設(shè)計(jì)范圍，相關(guān)數(shù)據(jù)需要收集和查閱熱工專業(yè)設(shè)計(jì)的圖紙資料。

3 自控儀表專業(yè)信號回路檔案的編制

自控儀表專業(yè)技術(shù)管理所需的圖紙資料收集完成后，開始全面梳理、研讀、消化、吃透設(shè)計(jì)圖紙資料內(nèi)容，并開展信號回路檔案的編制工作，將提取的技術(shù)管理所需的重點(diǎn)、關(guān)鍵內(nèi)容體現(xiàn)在回路檔案中。

3.1 溫度儀表回路檔案編制

編制溫度儀表回路檔案需要用到的相關(guān)資料有通用資料：終版I/O 索引表、終版P&ID 流程圖、終版儀表索引表、終版控制系統(tǒng)卡件及通道分配圖紙、終版的報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖、終版的聯(lián)鎖報(bào)警設(shè)定數(shù)據(jù)、終版儀表回路接線圖等（下文簡稱為“通用資料”）；專用資料：終版溫度元件規(guī)格書，溫度儀表回路檔案編制模板如圖1 所示。

圖1 溫度儀表回路檔案編制模板

通過溫度儀表回路檔案，可以明確相關(guān)回路性質(zhì)（指示回路/單回路/復(fù)雜回路/聯(lián)鎖回路等）、信號性質(zhì)、信號走向；明確溫度儀表名稱、控制系統(tǒng)正確組態(tài)需要的數(shù)據(jù)（量程、溫度元件類型、報(bào)警性質(zhì)、報(bào)警設(shè)定值等）；備注欄中提供的內(nèi)容是對本回路關(guān)鍵、重點(diǎn)內(nèi)容的摘要（如配套何種類型安全柵，信號轉(zhuǎn)換方式以及控制功能說明等）。特別提示，回路檔案中的數(shù)據(jù)及內(nèi)容必須準(zhǔn)確無誤、有據(jù)可查，模糊不清的數(shù)據(jù)或問題必須反復(fù)核對，直至確認(rèn)無誤。

3.2 壓力（差壓）儀表回路檔案編制

編制壓力（差壓）儀表回路檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：終版壓力（差壓）變送器規(guī)格書，壓力（差壓）儀表回路檔案編制模板如圖2 所示。

圖2 壓力（差壓）儀表回路檔案編制模板

通過壓力（差壓）儀表回路檔案，明確壓力（差壓）儀表名稱、現(xiàn)場變送器/控制系統(tǒng)校驗(yàn)、組態(tài)需要的數(shù)據(jù)（量程、單位、報(bào)警/聯(lián)鎖性質(zhì)、報(bào)警/聯(lián)鎖設(shè)定值等）；備注項(xiàng)中提供的內(nèi)容是對本回路關(guān)鍵控制/聯(lián)鎖功能的解讀說明（如：低油壓啟備泵、允許啟動(dòng)條件、聯(lián)鎖停車功能等）。特別提示，回路檔案中的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無誤、有據(jù)可查，關(guān)鍵的功能解讀必須依據(jù)報(bào)警聯(lián)鎖邏輯圖反復(fù)校對進(jìn)行確認(rèn)。

3.3 流量儀表回路檔案編制

編制流量儀表回路聯(lián)校檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：終版節(jié)流裝置規(guī)格書、流量計(jì)規(guī)格書，流量儀表回路檔案編制模板如圖3 所示。

圖3 流量儀表回路檔案編制模板

通過流量儀表回路檔案，明確流量儀表名稱、現(xiàn)場變送器/控制系統(tǒng)校驗(yàn)、組態(tài)需要的數(shù)據(jù)（量程、單位、報(bào)警/聯(lián)鎖性質(zhì)、報(bào)警/聯(lián)鎖設(shè)定值、組態(tài)信號處理方式等）；備注項(xiàng)中提供的內(nèi)容是對本回路關(guān)鍵參數(shù)、控制/聯(lián)鎖功能的解讀說明（如孔板孔徑d值、溫度壓力補(bǔ)償運(yùn)算、質(zhì)量流量計(jì)供電方式、聯(lián)鎖停車功能等）。特別提示，回路檔案中的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無誤、有據(jù)可查，關(guān)鍵的功能解讀必須依據(jù)報(bào)警聯(lián)鎖邏輯圖反復(fù)校對進(jìn)行確認(rèn)。

3.4 液（界）位儀表回路檔案編制

編制液（界）儀表回路聯(lián)校檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：終版液位計(jì)規(guī)格書，必要時(shí)查閱所在容器設(shè)備的制造總圖準(zhǔn)確核對取源間距數(shù)據(jù)，液（界）儀表回路檔案編制模板如圖4 所示。

圖4 液（界）儀表回路檔案編制模板

通過液（界）儀表回路檔案，明確檢測的工藝對象是液位還是界位，液（界）儀表名稱、現(xiàn)場變送器/控制系統(tǒng)校驗(yàn)、組態(tài)需要的數(shù)據(jù)（量程、單位、報(bào)警/聯(lián)鎖性質(zhì)、報(bào)警/聯(lián)鎖設(shè)定值等）；備注項(xiàng)中提供的內(nèi)容是對本回路關(guān)鍵參數(shù)、控制/聯(lián)鎖功能的解讀說明（如取源間距數(shù)據(jù)、雙法蘭變送器毛細(xì)管封入液密度、高壓臨氫變送器膜片鍍金、聯(lián)鎖停車功能等）。特別提示，回路檔案中的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無誤、有據(jù)可查，關(guān)鍵的功能解讀必須依據(jù)報(bào)警聯(lián)鎖邏輯圖反復(fù)校對進(jìn)行確認(rèn)。

3.5 調(diào)節(jié)控制回路檔案編制

編制調(diào)節(jié)控制回路聯(lián)校檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：終版調(diào)節(jié)閥規(guī)格書、最終的制造廠選型計(jì)算書、設(shè)計(jì)提供的復(fù)雜回路說明資料等，調(diào)節(jié)控制回路檔案編制模板如圖5 所示。

圖5 調(diào)節(jié)控制回路檔案編制模板

通過調(diào)節(jié)控制回路檔案，明確氣源故障時(shí)閥門狀態(tài)（如F.C/F.O/FLO/FLC 等）；明確調(diào)節(jié)器的作用方式（如正作用/反作用）；明確復(fù)雜回路中各信號、各回路之間的功能關(guān)系、運(yùn)算關(guān)系及動(dòng)作結(jié)果。

3.6 DI 數(shù)字輸入信號回路檔案編制

編制DI 數(shù)字輸入信號回路聯(lián)校檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：設(shè)計(jì)提供的其他說明資料等，DI 數(shù)字輸入信號回路檔案編制模板如圖6 所示。

圖6 DI 數(shù)字輸入信號回路檔案編制模板

通過DI 數(shù)字輸入信號回路檔案，明確理清信號走向；備注項(xiàng)中明確各條件下接點(diǎn)信號的正確工作狀態(tài)以及該接點(diǎn)信號對應(yīng)的關(guān)鍵動(dòng)作結(jié)果，通過對接點(diǎn)信號正確工作狀態(tài)的辨識完成回路接線的調(diào)整。

3.7 DO 數(shù)字輸出信號回路檔案編制

編制DO 數(shù)字輸出信號回路聯(lián)校檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：終版切斷閥規(guī)格書、最終的制造廠選型計(jì)算書；設(shè)計(jì)提供的其他說明資料等，DO 數(shù)字輸出信號回路檔案編制模板如圖7 所示。

圖7 DO 數(shù)字輸出信號回路檔案編制模板

通過DO 數(shù)字輸出信號回路檔案，明確理清信號走向；備注項(xiàng)中明確各聯(lián)鎖條件下繼電器的狀態(tài)（帶電/失電）、接點(diǎn)輸出信號的狀態(tài)（閉合/斷開）、電磁閥工作狀態(tài)（帶電/失電）、現(xiàn)場閥門的動(dòng)作結(jié)果（關(guān)閉/打開）以及該接點(diǎn)輸出信號對應(yīng)的關(guān)鍵動(dòng)作結(jié)果等。

3.8 PI 頻率輸入信號回路檔案編制

編制PI 頻率輸入信號回路聯(lián)校檔案需要用到的相關(guān)資料有：通用資料；專用資料：驅(qū)動(dòng)機(jī)（汽輪機(jī)/液力透平）廠家提供的隨機(jī)資料（必須確定轉(zhuǎn)速檢測齒輪數(shù)目，如條件允許要實(shí)地核實(shí)該數(shù)目數(shù)據(jù)）等，PI 頻率輸入信號回路檔案編制模板如圖8 所示。

圖8 PI 頻率輸入信號回路檔案編制模板

通過PI 頻率輸入信號回路檔案，明確控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速組態(tài)量程（單位r/min），明確現(xiàn)場轉(zhuǎn)速檢測齒輪數(shù)目以及滿量程對應(yīng)的頻率（單位Hz）數(shù)據(jù)，計(jì)算公式為：頻率=（轉(zhuǎn)速量程÷60）×轉(zhuǎn)速檢測齒輪數(shù)目，組態(tài)需要的數(shù)據(jù)（報(bào)警/聯(lián)鎖性質(zhì)、報(bào)警/聯(lián)鎖設(shè)定值等），備注項(xiàng)中明確關(guān)鍵的回路功能等。

4 結(jié)束語

本文對自控儀表信號回路的概念進(jìn)行了闡述，對自控儀表專業(yè)技術(shù)管理所需的圖紙資料收集進(jìn)行了介紹，對各種類型自控儀表專業(yè)信號回路檔案的編制進(jìn)行了詳細(xì)說明并給出了基本模板。

自控儀表專業(yè)信號回路檔案的編制思路及模板始于2007年中國石化800 萬噸/年海南煉化項(xiàng)目高壓加氫及連續(xù)重整裝置，完善并應(yīng)用于2008 年中國海油1200 萬噸/年惠州煉油項(xiàng)目連續(xù)重整裝置，優(yōu)化提升并全面驗(yàn)證于2009 年至今的中國石化1000 萬噸年青島煉化項(xiàng)目，均取得了顯著的應(yīng)用效果，全面正確地指導(dǎo)了施工建設(shè)期間各控制系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試以及儀表設(shè)備單校、回路聯(lián)校工作，確保了各關(guān)鍵裝置、大型機(jī)組的一次開車成功，為自控儀表設(shè)備的日常運(yùn)行、維護(hù)、管理及檢維修打下了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。