摘 要:油氣生產(chǎn)現(xiàn)場變送器主要用于實時監(jiān)控現(xiàn)場液位、溫度、壓力等,通常同一監(jiān)測點安裝 2 臺變送器,其中一臺變送器數(shù)據(jù)實時傳送至過程控制系統(tǒng),用于控制調(diào)節(jié)閥動作使容器壓力、溫度、液位等參數(shù)在合理設(shè)定范圍;另一臺變送器數(shù)據(jù)實時傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng),如數(shù)值達(dá)到高高、低低設(shè)定值則觸發(fā)安全聯(lián)鎖,切斷放空流程或關(guān),F(xiàn)場設(shè)備,保證人員設(shè)備安全。針對現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中,變送器因自身故障或受工作環(huán)境影響導(dǎo)致測量值異常引發(fā)關(guān)停的情況,提出了通過利用同一點設(shè)置的 2 臺變送器數(shù)據(jù)進(jìn)行差值比較,差值異常時輸出報警,對變送器故障起到預(yù)警的解決方案,進(jìn)而介紹了該方案的實施途徑。IYH壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
引 言
油氣化工生產(chǎn)現(xiàn)場的中控系統(tǒng)一般由過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)組成。緊急關(guān)斷系統(tǒng)的作用是出現(xiàn)異常不可控因素時,可實現(xiàn)對設(shè)備或流程的隔離泄壓,以確保人員、設(shè)備的安全。緊急關(guān)斷系統(tǒng)控制層面好立于過程控制系統(tǒng),但可通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)與過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)通信,在過程控制系統(tǒng)上位機(jī)上對監(jiān)測數(shù)據(jù)與報警信息進(jìn)行顯示。油氣化工生產(chǎn)現(xiàn)場在流程關(guān)鍵部位設(shè)置 2 臺變送器,其中一臺用于緊急關(guān)斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測,另一臺用于過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測。若傳送至過程控制系統(tǒng)的壓力變送器出現(xiàn)異常,調(diào)節(jié)閥則會異常開大或關(guān)小,直接導(dǎo)致容器壓力下降或升高。此時的壓力異常下降或升高被處于正常工作狀態(tài)的
壓力變送器監(jiān)測將數(shù)據(jù)傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng),導(dǎo)致生產(chǎn)異常關(guān)停;若傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng)壓力變送器出現(xiàn)異常,當(dāng)真實壓力異常下降或升高已經(jīng)達(dá)到高高、低低設(shè)定值時卻不能實現(xiàn)關(guān)斷,流程異常該關(guān)斷時卻不能實現(xiàn)關(guān)斷保護(hù),安全環(huán)保風(fēng)險極高。
1 解決思路
為解決上述在生產(chǎn)過程中發(fā)生過的變送器監(jiān)測數(shù)據(jù)異常問題,保證流程安全穩(wěn)定運行,技術(shù)人員結(jié)
合現(xiàn)場設(shè)備實際情況,從不增加新設(shè)備的成本支出出發(fā),提出了解決思路,利用變送器自身數(shù)據(jù)循環(huán)對比或 2 臺變送器之間數(shù)據(jù)差值比較,設(shè)定相應(yīng)的報警值輸出報警,達(dá)到預(yù)警的目的。針對 2 種解決方案,進(jìn)行對比分析。
1.1 數(shù)據(jù)循環(huán)對比
流程穩(wěn)定運行,變送器無異常時,監(jiān)測流程參數(shù)的波動處于一定范圍之內(nèi),即單位時間內(nèi)參數(shù)的變化幅度不會過大。因現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)是在一定范圍內(nèi)波動的,正常時亦不存在數(shù)據(jù)固定不變。基于此現(xiàn)象,現(xiàn)場技術(shù)人員利用系統(tǒng)本身運算能力,單個數(shù)據(jù)監(jiān)測點數(shù)據(jù)自身循環(huán)比較,如以 10 s 為單位,計算變送器回傳數(shù)據(jù) 10 s 內(nèi)增量,若該增量異常高或低時觸發(fā)報警,提示值班人員對現(xiàn)場變送器進(jìn)行檢查核對,起到預(yù)警作用。
1.2 差值變化監(jiān)測
變送器在正常工作的情況下,同一監(jiān)測點位的 2 臺
變送器數(shù)據(jù)幾乎相同或者變化趨勢完全一致 (圖 1),即數(shù)據(jù)趨勢同時上升或同時下降;當(dāng)其中一個變送器出現(xiàn)問題時,則會出現(xiàn) 2 臺變送器數(shù)據(jù)差值擴(kuò)大,趨勢不能實現(xiàn)同時上升或下降(圖 2)。據(jù)此利用同一監(jiān)測點的 2 臺變送器差值超過某一正常值后輸出報警,提示值班人員及時告知技術(shù)人員進(jìn)行故障排查,從而提前預(yù)防相關(guān)高風(fēng)險事件發(fā)生。這樣就可以建立變送器自身故障預(yù)警系統(tǒng),有效防范事態(tài)擴(kuò)大。
1.3 方案對比
通過分析 2 個方案進(jìn)行對比。方案 1 中數(shù)值循環(huán)比較,需針對單個點進(jìn)行邏輯組態(tài),工作量較大,對服務(wù)器的負(fù)荷增加較大,并且在緊急關(guān)斷系統(tǒng)中進(jìn)行該功能組態(tài),與其靜態(tài)、安全的設(shè)計原則有所相悖;方案 2 中的差值對比法,2 組變送器為 1 組,降低了組態(tài)工作量,且差值運算邏輯可以通過過程控制系統(tǒng)實現(xiàn),對緊急關(guān)斷系統(tǒng)不進(jìn)行控制層面的修改,不影響其安全性。綜上認(rèn)為,方案 2 更適用于生產(chǎn)現(xiàn)場。
2 可行性研究
2.1 差值運算
下文以某油田現(xiàn) 場所使用的過程控制系統(tǒng)(Honeywell Process Knowledge System,下文簡稱PKS 系 統(tǒng) ) 與緊急關(guān)斷系統(tǒng) (Honeywell Safety Manger,下文簡稱 SM 系統(tǒng))為例進(jìn)行闡述。 PKS 系統(tǒng)組態(tài)軟件為 Configure studio,對其組態(tài)功能進(jìn)行確認(rèn),是否能夠?qū)崿F(xiàn)差值運算。因差值監(jiān)測為兩變送器實時數(shù)據(jù)的差值,實際工況中,A-B 有可能出現(xiàn)負(fù)值,故需要組態(tài)功能能夠?qū)崿F(xiàn)取覺對值運算。如圖 3 所示,進(jìn)入 control builder 界面,確認(rèn)AUXCALA 模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)值運算,并且能夠執(zhí)行取覺對值運算。確認(rèn) PKS 系統(tǒng)滿足預(yù)警功能并實現(xiàn)需求的運算功能。
2.2 數(shù)據(jù)通信
為了實現(xiàn)差值預(yù)警,需要將 SM 系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)引入 PKS 系統(tǒng)中的控制層面,實現(xiàn)數(shù)值運算與邏輯組態(tài)。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn) OPC 協(xié)議可以解決不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信問題。OPC 全稱是 Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control,它可以為不同廠家、不同類型的控制應(yīng)用建立通信橋梁,所使用的過程知識系統(tǒng)(PKS)中的 Experion OPC Integrator 功能即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個系統(tǒng)之間進(jìn)行傳輸。另外,針對該功能,資料提示不可使用該功能傳輸安全或關(guān)鍵任務(wù)信息,差值報警為預(yù)警功能,不屬于建議不使用的范疇。
2.3 系統(tǒng)負(fù)荷
利用 OPC Integrator 功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,會在一定程度上增加服務(wù)器運行負(fù)荷。對增加差值預(yù)警需求的點位進(jìn)行統(tǒng)計,共 20 組。技術(shù)人員確認(rèn),該數(shù)量點位通信對服務(wù)器負(fù)荷增加較小,在許可范圍內(nèi)。
2.4 主要風(fēng)險
修改后邏輯在下裝至控制器時存在一定風(fēng)險。如下裝過程中如出現(xiàn)錯誤、下裝失敗,現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥失去控制、無法調(diào)節(jié),流程將出現(xiàn)無法控制的現(xiàn)象,存在安全風(fēng)險。
針對上述風(fēng)險,制定相應(yīng)風(fēng)險控制措施。下裝過程中現(xiàn)場工藝人員值守,中控人員加密關(guān)注流程參數(shù),及時溝通現(xiàn)場進(jìn)行手動調(diào)節(jié),保證流程穩(wěn)定。技術(shù)人員做好組態(tài)并交叉檢查,調(diào)整好作業(yè)窗口,減少流程手動控制時間。另外做好下裝時出錯失敗的應(yīng)急措施:如出現(xiàn)下裝失敗、無法控制的現(xiàn)象,立即刪除所有新增模塊后保存修改,再次重新下裝,恢復(fù)系統(tǒng)修改前狀態(tài),保證系統(tǒng)能夠正常調(diào)節(jié)控制。主要作業(yè)風(fēng)險體現(xiàn)在下裝過程中,針對該風(fēng)險制定相應(yīng)預(yù)控措施后,風(fēng)險在可控范圍內(nèi)。
如上分析所得,利用 OPC Integrator 功能將緊急關(guān)斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)引至過程控制系統(tǒng),與同一監(jiān)測位置過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值比較,實現(xiàn)中控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常預(yù)警方案可行。
3 方案實施
3.1 OPC通信組態(tài)
在 PKS 系統(tǒng)中建立 OPC 通信組,將 SM 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)引入 PKS 系統(tǒng)(圖 4)。
3.2 差值報警邏輯組態(tài)
在 PKS 系統(tǒng)中利用組態(tài)軟件對變送器差值運算邏輯進(jìn)行組態(tài),并組態(tài)報警輸出(圖 5)。
3.3 功能測試
對組態(tài)完成的模塊進(jìn)行下裝并激活。下裝后測試報警功能正常實現(xiàn),ALARMS SUMMARY 有報警記錄顯示(圖 6)。至此,中控監(jiān)測數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能實現(xiàn)。
4 總 結(jié)
中控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能的實現(xiàn),在流程關(guān)鍵點位監(jiān)測設(shè)備(壓力變送器、
液位變送器)出現(xiàn)故障或工況異常時,能夠即時觸發(fā)報警并顯示詳細(xì)報警信息,提醒值班人員通知相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行檢查處理,可有效規(guī)避儀控元件故障而引發(fā)的生產(chǎn)損失、設(shè)備損壞或者安全生產(chǎn)事故。另外,OPC 技術(shù)在油氣化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛,本文成果為變送器故障預(yù)警提供了有效的解決方案。
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