模擬量輸入在I／A系統的應用

胡旭陽

（河南能源化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

模擬量輸入在I／A系統的應用

胡旭陽

（河南能源化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

河南能源化工集團中原大化公司煤化工500 kt／a甲醇項目，控制系統采用FOXBORO公司的I／A控制系統。簡述模擬量輸入在I／A控制系統的原理、問題、典型事故的解決方案。

模擬量輸入；I／A控制系統；甲醇

0 引言

當代化工生產控制系統利用微處理機或微型計算機技術對生產過程進行集中管理和分散控制。整個系統都是基于對生產過程的集中監視，將裝置運行的溫度，壓力，流量，液位等數據反映到主控室，這就需要控制系統將各種類型模擬量輸入信號測量，處理，轉換后準確、及時地呈現在操作站上。

1 系統簡介

中原大化集團煤化工甲醇項目DCS控制系統采用美國FOXBORO公司的I／A系統。I／A系統最大的特點是系統的軟件、硬件和通訊系統都廣泛采用開放型標準設計。硬件品種少，可靠性高，組態靈活。模擬量輸入一線控制器已經具有包括自整定（EXACT）和多變量自整定（EXACT MV）在內的復雜計算能力，模擬量輸入組件全部為變壓器耦合隔離和光電隔離，一對一轉換，過流保護，不用保險絲，提高系統運行時間。各類模擬量輸入卡件都有自診斷程序，可進行報警打印，CRT報警顯示，有故障的卡件紅燈顯示，無需人工判斷。所有組件都可帶點更換。

2 測量原理

現場模擬量儀表的測量原理種類很多，按進入主控系統的信號類型來分類，可分為4－20 mA（0－20 mA）電流，電阻，微電壓，0－5 V電壓等。不同類型的輸入信號對應不同的FBM卡件。電流信號常用的有FBM201，FBM205（可冗余，4AI／4AO），FBM211，FBM216（可冗余，支持HART通訊），熱電偶信號使用FBM202，熱電阻信號使用FBM203。在對卡件進行組態時選用不同的ECB類型，FBM201、FBM202、FBM203、FBM211組態類型為ECB1，FBM205、FBM216組態類型為ECB2。FBM216卡件的每個通道還需用ECB1類型組態后才能激活使用。

2.1 電流信號

FTA底板接線方式分為供電（24 V）和不供電兩種。在FTA板內通過250Ω的負載將電流信號轉換為電壓信號，再由電壓信號轉為數字信號后通訊至CPU，在進行A／D轉換時需要在組態選擇轉換方式，通常都選用SCI3，既4－20 mA線性轉換成12800－64000碼。

2.2 電阻信號

對于現場來的熱電阻接線，可以選擇直接接入FBM203卡件底板。底板上有Ax，bx，Cx三個端子，對于不同的熱電阻接法也各不相同。常用的鉑電阻在FBM進行A／D轉換時使用SCI43進行修正。

二線制熱電阻，I－接Ax，I＋接Bx，將Ax，Bx短接，這種接法無法消除線阻帶來的誤差，根據電纜的長度會導致顯示溫度會有不同程度的偏高，一般在20度左右，可根據現場實際溫度在DCS內部減去這個溫差，對其進行人為修正。三線制熱電阻，I－接Ax，I＋接Bx，Ic接Cx，這種接線方式可通過對I－、Ic間電阻的測量，消除線電阻帶來的誤差，無需后期的人為修正，精度較高。四線制熱電阻，I－接Ax，I＋接Bx，Ic接Cx，將另一根I＋也接入Cx，這種接線方式可以更加精確的消除線電阻帶來的誤差，是精度最高的測量方式。

熱電阻也可以通過MTL5074安全柵轉換為電流后接入FBM。需要對安全柵內部進行設置位號，量程，熱阻類型，輸入，輸出等。其中非常重要的一項是對開路或者故障時的設置，可以選擇保持輸出或者輸出跑最大及最小，要結合工藝流程，以安全為首要目的，以不會熱阻故障導致觸發連鎖為出發點進行設置。

2.3 微電壓信號

微電壓信號一般都是不帶變送器的熱電偶信號，可以選擇直接接入FBM202卡件底板?？炔刻峁?線100歐泊RTD作為冷端參考溫度補償。常用的K型熱電偶在FBM進行A／D轉換時使用SCI24進行修正。

熱電偶也可以通過MTL5074安全柵轉換為電流后接入FBM。安全柵需要進行冷端補償設置，其他參考上述熱電阻。

2.4 處理問題思路

遇到模擬量輸入故障，先看是單點故障還是多點同時故障，如果是多個AI點同時故障，則需迅速判斷是否為系統故障。查看硬地址，是否在同一個卡件上，查看故障點趨勢是否在同一時間突然階躍變化，或是直接開路，若有以上現象則可首先判斷為卡件故障。

若為單點故障，先找到AI點的接線位置，按類型對其檢查，檢查前要將所要將檢查點手動，切除相關連鎖并告知工藝人員。處理時首先查看接線是否有松動，脫落。

（1）電流信號，測量回路電壓，萬用表串入回路測量電流。電壓、電流均正常或均不正常懷疑是通道問題或系統問題。電壓正常，電流不正常則懷疑為現場儀表故障或線路故障。

（2）熱電阻信號，以三線制鉑電阻為例，分別測量三線間的電阻，正常情況下I－與Ic間線阻在10歐左右，I＋與I－，I＋與Ic之間電阻相差不多，減去線阻后以100Ω為0℃，電阻每增加（減少）38Ω則現場測溫點溫度升高（降低）100℃，粗略計算電阻值是否在正常范圍內。

（3）熱電偶信號，以K型熱電偶為例，首先測量熱偶電阻，正常情況應只有十幾歐的線阻，測量器毫伏值，以0 m V為20℃（室溫），電勢每增加（減少）4 mV則現場測溫點溫度升高（降低）100℃，粗略計算毫伏值是否在正常范圍內。

（4）帶安全柵的信號，安全柵前的接線如上述檢查，若檢查無問題而安全柵輸出電流不正常則為安全柵問題。

3 典型事故

1）2014年5月22日5：20氣化1＃，2＃，3＃煤管線壓力13PI0101，13PI0201，13PI0301突然由4 MPA升至6 MPA，因為此壓力參與煤流量計算，導致3條管線煤流量各自下降了0.3 kg／s，然后又緩慢恢復至原流量，此時的煤流量實際已經增加了。因為三個壓力點在同一個卡件上，又是瞬間大幅增加，所以首先懷疑是卡件原因。查看同一卡件上的其他AI點，發現在同一時間點均有大幅增加。系統報警中沒有任何報警信息，卡件沒有出現故障提示。在機柜間拔下主卡后，系統切換至備卡，AI點指示均回復正常，重新插上主卡，將備卡拔掉，系統切回主卡后指示依舊正常，重新插上備卡。

2）空分裝置流量表FI01414A指示開路，從機柜間檢查發現該儀表為底板供電24 V，測量其回路無電流，電壓非常小，判斷是通道故障，更換通道后測量電流、電壓均正常，上位指示恢復正常。

3）現場增加honeywell儀表，掛手操器后無法建立通訊，檢查發現所加安全柵為MTL5042，實際供電輸出電壓只有18 V，更換為MTL5041后實測輸出電壓為22 V，現場重新用手操器建立通訊正常。

4）DCS的AI卡底板有I＋、I－、Ip三個端子，如現場表需要24V供電接Ip，I－端子。如現場儀表有獨立的供電，只是輸出的4－20 mA電流，或者供電儀表有安全柵供電，則需要接I＋、I－端子（不供電）。接線時需要先判斷現場儀表電流類型再選擇接線端子，防止接錯供電方式而造成儀表故障。

5）6號站新加K1302信號均為現場電纜直接接入安全柵去FBM，沒有經過中間端子柜?，F場電纜為單根銅芯線，硬度比較高，與軟線相比接入安全柵后，安全柵接線端子更吃勁，且當開車期間某個點出現問題時不敢去檢查，生怕會碰到附近的接線或安全柵引起誤動作。如果在正常生產中某個點出現故障，在處理過程中將會造成極大的隱患。

4 預判建議

1）將重要的AI點分開卡件。此前也做分卡的工作，但出現過的故障還是提醒我們工作做得不夠細致，作為重中之重的四條燒嘴管線，必須要做到不同管線的測量點不能進同一個卡件。以前關注點更多是放在了進入連鎖的點，現在應該吸取經驗教訓，重新進行排查，特別是對參與重要運算的，例如壓差，穩壓補償，煤流量，氧流量等所有的AI點都要進行細致排查。

2）熟悉并合理的使用安全柵。例如，同樣作為常用的電流輸入轉換的安全柵，MTL5041只能測量一路有源信號，輸出電壓高；MTL5042既可以測量有源信號又能測量無源信號，但輸出電壓低；MTL5043則可以一入兩出的測量有源信號且輸出電壓較高，但工作電流明顯高于其他兩個。可以根據實際情況及作用的不同，合理的分配使用不同型號的安全柵。

3）對于重要位置儀表，如氣化爐壓力，汽包液位等儀表，增加儀表測量點數量，以防止儀表在裝置正常生產中發生故障且無法更換而影響裝置的正常運行。

4）增加中間端子柜將現場電纜硬線轉為軟線后接入安全柵，減少安全柵端子的受力，既保證了安全柵接線的牢固性，又方便以后查線。

5 結束語

I／A控制系統在長時間的生產運行中的顯現出了良好的控制性和優異的可靠性，為煤氣化裝置的長周期運行立下汗馬功勞。但系統的軟硬件只是其中一方面，人為因素也在其中起著關鍵作用。只有做好平時的系統維護，關鍵點故障的預防措施，對系統隱患的積極排查與處理，當人為因素與系統軟硬件相結合，才能確保系統的長期、安全、穩定運行。

Analog input in the IA system

Hu Xu-yang（Zhongyuan Dahua Branch of Henan Energy＆Chemical Group，Puyang Henan 457004，China）

energy chemical industry group in Henan Zhongyuan Dahua Company coal chemical methanol 500kt／y project，The control system using FOXBORO＇s I／A control system.The analog input point in the solution of typical accident principle，I／A control system，the problem of.

analog Input；I／A control system；methanol

TP273.2

B

1003-6490（2015）03-050-03

2015－02－23

胡旭陽（1987－），男，山東陽谷人，助理工程師，主要研究方向為儀表自動化控制。