輸油管道數據采集與監視控制(SCADA)系統輸油泵啟停失敗的故障分析

徐國平

〔中國石化銷售有限公司華北分公司 天津 300384〕

我國油品在輸油管道運輸中，長輸管道的生產運營廣泛采用先進的數據采集與監視控制(SCADA)系統來實現，它對管道全線進行監視、控制和管理，為輸油生產安全、平穩、高效運行，發揮著至關重要的作用。

由于SCADA系統組成復雜，儀表自控設備種類多、數量龐大。不論自控設備故障還是機械設備故障都會影響輸油的生產運行。從多年從事自控系統維護維修的工作來看，單個自控設備儀表故障可以迅速判斷故障點，而輸油泵啟動、停止失敗因涉及到邏輯控制而較為復雜。輸油泵是長輸油品管道的核心設備，穩定運行是安全輸油生產的前提。而輸油泵啟動、停止失敗是較難查找的故障，需仔細分析判斷故障點。影響輸油泵啟停的因素很多，主要有電氣控制、泵機組本身、自控聯鎖、自控邏輯控制幾部分。

本文以筆者所在公司管道SCADA系統為樣本，對輸油泵啟動、停止失敗故障進行分析，側重于自控系統部分啟停泵故障的檢查分析，而不包含泵機組本身故障和電氣系統故障。此分析方法和步驟不僅適用于其它油品管道SCADA系統泵啟停故障分析，也適用于其它數字輸出/輸入(DO/DI)回路的故障分析。

1 輸油泵啟動控制邏輯

啟泵前首先要滿足啟泵條件：泵入口閥門處于全開，出口閥門處于全關遠控自動狀態，泵入口壓力值達到最低啟泵要求，泵機組處于遠控狀態無故障無保護報警，SCADA系統無聯鎖報警。

泵啟動邏輯圖見圖1。

圖1 泵啟動邏輯圖

調度員點擊啟泵按鈕后，SCADA系統自動開啟泵出口閥門，閥門開啟到10 %開度時暫停，系統發啟泵信號，輸油泵運轉后延時5 s，泵運轉平

穩后繼續開啟泵出口閥門至全開，當泵按照啟動邏輯完成啟泵過程后，泵啟動成功信號復位。

實際啟泵操作步驟：在啟動輸油泵之前，要先做好輸油準備，導通輸油工藝流程上的相關閥門等設備，打開輸油泵進口閥門，將油品引入到泵入口，然后開始點擊SCADA系統“啟泵”按鈕開始自動啟泵過程。

2 輸油泵啟動故障分析

啟泵故障：不具備啟泵條件；自控通訊部分故障；出口閥門故障；PLC機柜部分故障；泵啟動電氣系統故障。

2.1 不具備啟泵條件

不具備啟泵條件時，啟泵按鈕是灰色的，不可啟泵操作，在泵操作控制窗口顯示“不滿足啟泵條件(閃動、紅色)”。此時應檢查泵、電機的聯鎖保護是否報警 ，泵入口匯管壓力值是否低于報警值等工藝條件。注意下列三項內容：①檢查聯鎖條件投切表(表1)，哪個條件不滿足字體會變黃色，當前值報警。②在泵操作控制窗口檢查出口閥的狀態應是“自動”、“遠控”狀態。③經過處理后，可執行泵異常復位操作。此時應該具備啟泵條件。

表1 泵聯鎖投切(啟動條件)

續表1

2.2 調控中心點擊啟泵按鈕后泵啟動失敗

⑴現象一：輸油站場泵出口閥門沒有動作，泵沒有啟動。原因有二：一是站控PLC系統未收到中心的啟泵命令；二是出口閥門故障。

檢查方法：查看SCADA系統事件記錄，如有操作失敗記錄，說明啟動命令因中心與站場通訊原因未送到PLC上。此時如系統畫面提示“通訊正常”，可再次點擊啟泵按鈕，發送啟泵命令。如果點擊幾次啟泵命令，出口閥門還是沒有動作，則需要單獨檢查出口閥遠控操作是否正常。如系統畫面提示“通訊中斷”，則檢查維修調控中心與站場的通訊線路和通信設備。

⑵現象二：出口閥開度在10 %以下卡住。出口閥故障會造成控制邏輯不能執行，觸發啟泵異常保護，而停止執行啟泵邏輯。

檢查方法：出口閥的開度在10 %以下，是閥門卡住了。將出口閥“自動手動”切到手動狀態，開關閥門。重點檢查出口閥遠控操作是否正常、閥門開啟關閉是否順利、正常。

⑶現象三：出口閥開度停在10 %以上。泵電機不啟動。故障在泵啟動控制回路，分電氣和自控兩部分。重點檢查泵的啟動回路PLC機柜端子排啟動端子信號是否正常。

檢查方法：①根據圖紙或PLC機柜端子接線上的標示，找到啟泵命令回路，測量PLC機柜啟泵回路端子上是否有高壓柜操作電源電壓(本例中為220V交流)，例如圖2中泵啟動回路端子排TB19上137-138號端子。如沒有220V電壓則故障在高壓電氣端或者是高壓柜與PLC機柜間的連線斷路。如有220V電壓，一般故障在PLC機柜內部。需檢查PLC機柜端是否發出了啟泵信號。②進行單泵啟動試驗。將出口閥“手動/自動”狀態設置到“手動”狀態。泵的電氣高壓開關柜設置到“試驗”位置(只檢查電氣控制部分，輸油泵不啟動)。然后進行啟泵操作，正常是發出啟泵命令后，PLC機柜內泵啟動回路繼電器上指示燈亮3 s左右，SCADA畫面上泵應是運行狀態。

拆除泵啟動命令端子的進線，在端子上并接上萬用表測量是否有啟泵信號，檢查在發出啟泵命令時，啟泵回路繼電器上指示燈亮3 s左右，同時兩端子是否會短路。如果有短路，表明PLC發出了啟泵命令，檢查PLC機柜端子排以后的線路和高壓電氣控制部分。

如果兩端子沒有短路，說明啟泵信號沒有到達PLC機柜端子。此時檢查PLC機柜內部啟泵回路的繼電器是否動作、接觸是否正常。如繼電器有動作，則替換繼電器繼續檢查。如果繼電器沒有動作，檢查繼電器24V電源是否正常，檢查DO卡件啟泵回路輸出是否閉合。

圖2輸油泵啟停控制電路原理圖

圖3 輸油泵、閥門狀態反饋電路

⑷現象四：現場泵運行1min左右后，又停止運行，SCADA畫面泵一直是停止狀態。原因是：此時停泵是由于泵的運行狀態電氣信號沒有反饋到自控系統，自控系統等待100 s后會判斷為泵沒有啟動成功，觸發泵啟動異常保護停泵。

檢查方法：找到泵運行狀態檢測回路端子(TB9-161、162)。在端子上短路，看畫面泵狀態是否為運行，泵為運行狀態為電氣部分故障，泵為停止狀態則為自控部分故障。自控部分故障，則依次短路檢查回路上保險、防雷柵模塊、DI模塊輸出端。

⑸現象五：出口閥和泵單獨測試正常，如果這時正常啟泵還失敗，一般原因是管路壓力較高引起出口閥卡阻，造成啟泵失敗。

2.3 常見啟泵失敗的原因

常見啟泵失敗的主要原因是：

①不具備啟泵條件；②出口閥開關時好時壞，管路帶壓時開關出口閥門卡阻；③高壓電氣部分故障，不能啟動泵；④PLC機柜內泵狀態反饋回路故障(保險管、防雷柵、DI模塊、接線)；⑤PLC機柜內泵啟動回路故障(繼電器、DO卡件、24V電源、內部接線)；⑥出口閥沒有設置成自動狀態；⑦外界干擾(對講機)。

3 輸油泵停泵故障的檢查和分析

3.1 停泵邏輯

分析完啟泵故障后，再來看停泵故障，圖4是停泵邏輯。

圖4 停泵邏輯圖

3.2 停泵失敗分析

停泵失敗的原因和啟泵一樣有自控通訊部分、出口閥故障、PLC機柜部分故障、電氣系統故障。現象有兩種。

①現象一：點擊停泵按鈕后泵出口閥門無動作。出口閥故障會造成控制邏輯不能執行。

②現象二：出口閥開度停在10 %左右。泵電機不停機，故障原因分電氣和自控部分。重點檢查泵的停泵命令回路PLC機柜端子排啟動端子信號是否正常。

停泵檢查方法參照啟泵現象一、二、三檢查方法去檢查出口閥門和停泵回路。在此不在敘述。

3.3 不能停泵常見原因

(1)出口閥開關，時好時壞，帶壓力開關閥時卡阻。

(2)高壓電氣部分故障，不能啟動泵。

(3)PLC機柜內停泵回路卡件故障(繼電器、DO卡件、24V電源)。

4 檢修中的注意要點

(1)在實際啟泵故障檢查時，向當班調度員、操作員詳細了解輸油泵啟動、停止過程。根據操作過程、報警信息、事件日志等，確定是在哪個邏輯步驟失敗的。邏輯上不同的失敗點，重點檢查位置不一樣。根據上述分析，直接確定關鍵維修點，盡快修復。

(2)在檢查泵的啟停信號過程中特別注意，泵的啟動、停止、急停控制回路上有220V交流電，PLC機柜端子上有220V電壓，一定要注意操作安全。

5 結束語

本文對輸油泵的啟停自控部分電路、邏輯控制原因造成的泵啟停失敗做了分析，據本文方法能快速確定自控系統部分的故障點，避免自控系統故障影響輸油生產，做好自控系統的維護。

(1)做好SCADA系統的日常維護。每日例行巡查SCADA系統運行狀態，檢查服務器、工作站、通訊設備、PLC卡件等設備運行狀態是否正常。

(2)做好周期維護。定期做好數據服務器、工作站、PLC、RTU程序備份，做好各設備功能檢查、冗余檢查。

(3)每年應對SCADA系統設備進行一次全面檢查，要結合儀表春檢，儀表檢定(校準)與SCADA系統一起配合檢查。在全面檢查過程中重點測試聯鎖回路、泵操作回路。對于重點環節，關鍵位置的設備每次年度維護時要必做檢查，及早發現隱患、及時解決問題，切實保障輸油生產安全、平穩、高效運行。