許默

中國船級社質量認證有限公司山東分公司 山東 青島 266011

伴隨社會的進步和科技的發(fā)展，目前化工企業(yè)的自控儀表系統(tǒng)已經在行業(yè)內廣泛使用，能夠精確監(jiān)測化工裝置的各項參數，當數值和設定的波動范圍不符時，會自動關閉存在問題的裝置，由此奠定化工生產活動的自動化控制，由此化工儀表自控系統(tǒng)更加需要加強故障分析以及診斷技術，避免出現故障問題，造成嚴重經濟損失。

化工儀表自控系統(tǒng)具有模塊化、組態(tài)化、網絡化、積木化的特點，建立有人機交互系統(tǒng)，緊急封鎖系統(tǒng)，遠程操作和連鎖停機能力，對有害、有毒、易爆、易燃、高壓、高溫的生產設備執(zhí)行自動化檢測和控制，精確化控制工藝生產流程，確保工作人員及設備的安全[1]。

1 化工儀表自控系統(tǒng)常見故障

儀表自控系統(tǒng)常見的故障往往是受到干擾因素而引起的，根據干擾因素的類型可以劃分為七類。

第一類是電磁干擾，如在雷擊故障中，會產生強大的電磁場嚴重干擾儀表自控系統(tǒng)。第二類是機械干擾，在化工裝置運行中，受到沖擊或者機械振動的影響會連鎖導致儀表的電器元件產生形變或者振動問題，導致儀表自控系統(tǒng)無法精確監(jiān)控化工設備，讀取儀表讀數[2]。第三類是熱干擾，在化工生產活動中，常有高溫環(huán)境下的工藝，其熱量會導致熱量的波動，當密封性受到破壞時，會對外界溫度產生干擾，也會引發(fā)儀表的零部件受熱出現變化。第四類是光干擾，光在直接照射半導體元件時，能夠改變其導電性能，引發(fā)電阻變化，從而引起儀表自控系統(tǒng)的異常，在長期使用的自控系統(tǒng)中或有發(fā)生光干擾導致的故障問題。第五類是濕度干擾，由于儀表自控系統(tǒng)主要依靠電信號來實現控制和檢測，濕度能夠對電阻、電容、電介質產生影響。第六類是化學干擾，化工生產中，其腐蝕性氣體如果泄露，腐蝕電線線路、儀表元器件等在事故案例匯總常有發(fā)生。如果和外界環(huán)境接觸，使得工藝介質泄露甚至發(fā)生化學反應，不僅會干擾到儀表自控系統(tǒng)，還會引發(fā)嚴重的安全事故。第七類是射線輻射干擾，這一干擾是氣體電離、電磁波等因素導致金屬點位失衡產生的干擾問題。

1.1 壓力自控表故障

壓力儀表能夠測量其內部壓力，如果壓力儀表出現數值連續(xù)波動無法穩(wěn)定在一定數值，在排除設備故障后，需要對壓力儀表進行測量確認儀表故障。如果在設置初始化參數時設置錯誤，在數值顯示上同樣存在問題。

當數值固定在一個數值，出現異常情況，未能正?，F實工藝參數變化時，可能其取壓點受到堵塞或者工藝介質冷凝，導致儀表故障。

在診斷故障時，常使用的方法是控制變量法，通過改變工藝，查看其壓力數值是否發(fā)生變化，如果出現過高或者過低的問題，需要立即檢測導向系統(tǒng)，查看導向系統(tǒng)是否存在堵塞問題，在檢查無誤后檢測變送器的輸出情況，檢測輸出是否存在問題[3]。輸出系統(tǒng)和控制器直接相關，如果在壓力表的數值波動過大時，判斷存在故障，要先確認工藝流程，以及查看調節(jié)器參數，根據工藝的工藝介質種類來確認故障處理流程。

1.2 溫度自控表故障

在化工生產活動中溫度是關鍵的參數，大多化工產品都有溫度監(jiān)測需求，確保產品質量和生產工序無誤。溫度控制儀故障主要集中在導線部分，可能存在化學氣體腐蝕、液面淹沒熱偶等故障問題。

當儀表溫度顯示數值與實際溫度存在偏差時，可能和其位置有所關系，溫度儀表需要和裝置接觸并安置到對應位置才能夠準確測量，如果過深或者過淺都會導致溫度數值異常。另外，設備內部接電線路如果腐化、老化都會存在誤差。

在數值異常出現數值跳動時，可能是其安裝松動，導致在化工設備運行震動干擾溫度儀表讀數，需要安裝防震裝置，并且加裝對應熱阻[4]。

1.3 流量自控表故障

在生產時物質流量對化學反應和產品質量有較大的影響，需要嚴格監(jiān)控流量，才能確保安全生產，而流量儀表出現故障后，會導致數值顯示誤差。

在化工儀表自控系統(tǒng)長期運行下，流量自控表零部件可能存在損耗故障，需要檢查其電流線路是否正常，如果電流參數超過電氣設備能夠承載的數值就會引發(fā)故障情況，此外當設備長期處于陰暗潮濕的環(huán)境中，也會出現儀表老化問題。

在檢測時，需要確認PID控制參數，了解設置上是否存在問題，如果數值變化過大，需要查看操作流程，通過手動調節(jié)調節(jié)閥等方式，來確認數值是否發(fā)生異常變動，從而具體分析。

1.4 液位自控表故障

化工生產活動中液態(tài)化學品會大量使用，避免液體泄露是化工生產的關鍵，液位儀表的類型和種類較多。使用在壓力容器中，在運行時利用也為檢測系統(tǒng)進行管理，確保工藝流程，如果液位指示出現異常就需要及時檢測，針對液位儀表需要監(jiān)測其取壓閥，關閉閥門后確定儀表顯示判斷儀表故障。檢測雙法蘭變動器的運行，通過總控系統(tǒng)傳遞電信號利用安全柵運行情況判斷液位輸送信號接收情況，判斷是否存在故障。

1.5 變送器故障

差壓變送器能夠經過內部膜片的形變來計算得到化工裝置內部壓力，其檢測過程是計算形變程度轉化為電信號，經由儀表自控系統(tǒng)傳遞到總控系統(tǒng)中，待控制系統(tǒng)調令。

變送器的故障問題大多來源于其內部膜片，如果其物理性能受到了零部件老化等降低使用壽命的影響，就會導致形變程度和化工裝置內部壓力不匹配，向總控系統(tǒng)輸出錯誤的壓力參數信息，影響到裝置的安全穩(wěn)定運行[5]。

其變送器內導管是內膜接受壓力的通道，如果出現堵塞同樣會影響到膜片的形變程度。

1.6 雷擊故障

在沿海地區(qū)等雷暴較多化工廠的大型裝置具有密集的線路，人口密集區(qū)域，容易遭受雷擊，一旦受到雷擊，防護不當就會導致過量電流擊穿控制線路引發(fā)自控系統(tǒng)故障，擊中化工儀表和各個連接線路，導致傳感器損壞，自控系統(tǒng)無法運轉，在雷電從接地導向大地后會造成傳輸系統(tǒng)信號的紊亂，自控系統(tǒng)失控。即便是感應雷擊，也會造成儀表電壓變化造成較大電位差，化工儀表的數值將會出現異常變動，使得自控系統(tǒng)強制關停化工設備，造成嚴重的經濟損失。

針對雷擊故障，目前只能以預防性措施來降低遭受雷擊的可能和受到雷擊之后的預防措施。利用接閃系統(tǒng)等進行防雷設計，避免耦合響應使得化工廠化工設備在雷暴天氣下產生較高電壓。由于雷電所產生的高壓電流會瞬間擊穿儀表設備，產生的電磁場會嚴重擾動儀表自控系統(tǒng)，需要確保儀表設備和各個化工設備水平點位相同，避免電位差，使得受雷擊后電流在設備間的負荷平衡，減緩雷擊的破壞效果。

2 化工自控系統(tǒng)診斷技術

當儀表出現問題時，傳統(tǒng)的人工診斷方法耗時較久，但是自動化診斷的必要輔助技術，相關設備檢修管理人員在工作中如果發(fā)現儀表出現故障問題就需要查找儀表設備信息，選擇相同型號儀表對比分析。即利用控制變量法，控制其運行環(huán)境相同，查看數值變化，分析運行穩(wěn)定性和更換的儀表是否存在故障、報廢處理或者維修[6]。

在傳統(tǒng)的診斷方式中還要利用工作經驗來進行故障診斷，如嗅覺、觸覺、視覺來觀測儀表設備。自動化儀表出現問題，就需要由操作人員立即停工，確認是否存在裝置破損泄露問題，針對出現問題的儀表和設備進行檢測，測量連接狀況、是否由于濕度干擾導致線路電阻變化等?；ぱb置以及儀表會受到外界環(huán)境因素影響，嚴重時會導致顯示錯誤、輸出錯誤等，針對這些情況，可以嘗試重新供電進行檢測。

萬用表是最常用的工具，維修人員使用萬用表來測量儀表的各個部位，了解儀表電阻等本身性能是否存在問題，一般在故障發(fā)生后，儀表的電壓、電阻會出現異常情況，如果溫度過高，需要針對現場電阻值進行測量，查看是否存在短接、斷路等情況。

但人工方式存在人為失誤可能，由此自控系統(tǒng)應極力代替人工，實現生產自動化，并實時監(jiān)控。然而，如果系統(tǒng)出現故障，就會累及到化工生產工作的安全穩(wěn)定性。因此，化工自控系統(tǒng)中大量利用傳感器技術使得需要控制和測量的化工參數經由自控系統(tǒng)自動化控制和檢測，其涉及的儀表廣泛如果出現了控制錯誤問題，需要依據各個儀表的具體工作原理和故障分析，來綜合判斷故障原因和處理措施。

2.1 計算機診斷技術

自控系統(tǒng)的控制單元由各類邏輯運算的控制器組成，目前可編程邏輯控制器（PLC）系統(tǒng)以及分散控制系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)在化工領域中應用較廣，是目前自控故障查找的有效手段。安全柵能夠隔斷系統(tǒng)模塊和輸入輸出信號，避免故障發(fā)生時，錯誤信號導致裝置失控影響到運行安全性、穩(wěn)定性。利用這種方法能夠在儀表出現問題時判斷系統(tǒng)運行情況，以及線路電信號是否正常。在輸入信號后，通過實際觀察數值比對校驗儀的正確數值分析信號情況查看線路問題。

自控系統(tǒng)執(zhí)行單元由開關閥、調節(jié)閥等組成，在遭遇自控系統(tǒng)故障時，需要立即檢測執(zhí)行單元狀態(tài)，避免故障因素導致生產活動失控引發(fā)嚴重安全事故。

自控系統(tǒng)的自動化診斷依靠電信號來監(jiān)控設備、控制設備，當自控系統(tǒng)故障，無法監(jiān)測采集標準電流信號時，可能出現線路問題，需要人工手段診斷故障。

以某故障為例，在變送器故障后檢測器輸出電流，當電流顯示無誤，需要斷開控制回路，檢測電壓，排除線路異常后將電纜懸空測量絕緣，如果發(fā)現存在短接現象需要依次排查點來外表的破損情況。

2.2 冗余技術

冗余技術的核心原理是增加多余的設備分攤風險，增加系統(tǒng)可靠性、安全性，在具體實施中可分為元件、部件、系統(tǒng)，在故障分析上，利用結構、信息、時間三種維度的冗余技術來診斷分析。

針對于設備儀表的故障問題，可以使用結構冗余技術，自控系統(tǒng)可以通過故障檢測、定位、恢復的手段來達到容錯目的，利用多重模塊待機儲備，當自控系統(tǒng)無法檢測化工設備數據時會自動啟動備用模塊來代替運行，在經濟性允許情況下，當下的冗余技術大多是備用模塊和主模塊同時工作，同步運行過程中，如果檢測到錯誤會退出服務檢修，也可以經由人工切換。

如果建立多重結構的冗余技術，在模塊出錯后，自控系統(tǒng)自動屏蔽模塊的錯誤，不需要特別檢測，也能夠確保生產活動繼續(xù)執(zhí)行。

在自控系統(tǒng)運行時，使用信息冗余技術能夠確保其代碼運行過程正確，比如利用檢錯碼和糾錯碼來確認冗余信息在分析處理中的規(guī)律，當系統(tǒng)故障時，冗余信息由于不符合添加規(guī)則，也就能夠自動向系統(tǒng)報錯。糾錯碼能夠將故障引起的故障信息糾正為正確碼字，確保生產活動正常進行。

時間冗余技術，需要降低系統(tǒng)運行速度，化工儀表檢測中使用較少，因為使用時間冗余技術會使信息經多次處理才能做出故障檢測，響應速度較低。

2.3 利用能流進行故障診斷

化工自控系統(tǒng)不論針對何種參數的檢測，大多存在檢測單元、變送單元、控制單元及執(zhí)行單元，通過信號串聯(lián)。其電信號在控制回路中能夠等效為能流，可以依據電信號的流動方向以及狀態(tài)來確認故障發(fā)生的位置。

能流流動方向可以指引故障的大致方位，在方向診斷時，能流的流動狀態(tài)往往會忽略掉。能流狀態(tài)品質具有具體的需求，當狀態(tài)不符合標準時，會導致自控系統(tǒng)運行出現影響。因此需要借助儀器輔助判斷故障問題，如利用示波器能夠觀測到能流的流動狀態(tài)；利用其高低電平持續(xù)時間，及波形來判斷是否受到干擾，是否存在故障。

3 結束語

在實際加工生產過程中，需要使用儀表自控系統(tǒng)來實現對工藝流程、工藝參數的實時監(jiān)控，提高產品的生產質量和生產活動安全性、穩(wěn)定性。不同的儀表在出現故障時需要針對其具體運行原理來具體分析。故障源主要是化工設備、儀表零部件、控制線路和系統(tǒng)參數4方面。在處理故障、診斷故障時，提倡利用信息技術如計算機技術、冗余技術結合能流判斷故障位置，降低人為因素導致的風險概率，提高故障檢出的有效率和及時性，幫助遭遇故障的化工廠快速恢復到正常生產流程中確保經濟效益。