中控監測數據異常預警優化

陳方飛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業公司 天津300457)

0 引 言

油氣化工生產現場的中控系統一般由過程控制系統、緊急關斷系統組成。緊急關斷系統的作用是出現異常不可控因素時，可實現對設備或流程的隔離泄壓，以確保人員、設備的安全。緊急關斷系統控制層面獨立于過程控制系統，但可通過數據采集與監視控制系統(SCADA)與過程控制系統實現通信，在過程控制系統上位機上對監測數據與報警信息進行顯示。油氣化工生產現場在流程關鍵部位設置2臺變送器，其中一臺用于緊急關斷系統數據監測，另一臺用于過程控制系統數據監測。若傳送至過程控制系統的壓力變送器出現異常，調節閥則會異常開大或關小，直接導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的壓力變送器監測將數據傳送至緊急關斷系統，導致生產異常關停；若傳送至緊急關斷系統壓力變送器出現異常，當真實壓力異常下降或升高已經達到高高、低低設定值時卻不能實現關斷，流程異常該關斷時卻不能實現關斷保護，安全環保風險極高。

1 解決思路

為解決上述在生產過程中發生過的變送器監測數據異常問題，保證流程安全穩定運行，技術人員結合現場設備實際情況，從不增加新設備的成本支出出發，提出了解決思路，利用變送器自身數據循環對比或2臺變送器之間數據差值比較，設定相應的報警值輸出報警，達到預警的目的。針對2種解決方案，進行對比分析。

1.1 數據循環對比

流程穩定運行，變送器無異常時，監測流程參數的波動處于一定范圍之內，即單位時間內參數的變化幅度不會過大。因現場實際監測數據是在一定范圍內波動的，正常時亦不存在數據固定不變。基于此現象，現場技術人員利用系統本身運算能力，單個數據監測點數據自身循環比較，如以10s為單位，計算變送器回傳數據10s內增量，若該增量異常高或低時觸發報警，提示值班人員對現場變送器進行檢查核對，起到預警作用。

1.2 差值變化監測

變送器在正常工作的情況下，同一監測點位的2臺變送器數據幾乎相同或者變化趨勢完全一致(圖1)，即數據趨勢同時上升或同時下降；當其中一個變送器出現問題時，則會出現2臺變送器數據差值擴大，趨勢不能實現同時上升或下降(圖2)。據此利用同一監測點的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人員進行故障排查，從而提前預防相關高風險事件發生。這樣就可以建立變送器自身故障預警系統，有效防范事態擴大。

圖1 變送器正常時差值恒定Fig.1 Data difference is constant when transmitteris normal

圖2 變送器異常時差值擴大Fig.2 Data difference fluctuates obviously when transmitter is abnormal

1.3 方案對比

通過分析2個方案進行對比。方案1中數值循環比較，需針對單個點進行邏輯組態，工作量較大，對服務器的負荷增加較大，并且在緊急關斷系統中進行該功能組態，與其靜態、安全的設計原則有所相悖；方案2中的差值對比法，2組變送器為1組，降低了組態工作量，且差值運算邏輯可以通過過程控制系統實現，對緊急關斷系統不進行控制層面的修改，不影響其安全性。綜上認為，方案2更適用于生產現場。

2 可行性研究

2.1 差值運算

下文以某油田現場所使用的過程控制系統(Honeywell Process Knowledge System，下文簡稱PKS系統)與緊急關斷系統(Honeywell Safety Manger，下文簡稱SM系統)為例進行闡述。

PKS系統組態軟件為Configure studio，對其組態功能進行確認，是否能夠實現差值運算。因差值監測為兩變送器實時數據的差值，實際工況中，A-B有可能出現負值，故需要組態功能能夠實現取絕對值運算。如圖3所示，進入control builder界面，確認AUXCALA模塊能夠實現數值運算，并且能夠執行取絕對值運算。確認PKS 系統滿足預警功能并實現需求的運算功能。

圖3 PKS系統中邏輯運算模塊Fig.3 Logical operation module in PKS system

2.2 數據通信

為了實現差值預警，需要將SM系統實時數據引入PKS系統中的控制層面，實現數值運算與邏輯組態。技術人員發現OPC協議可以解決不同系統間的數據通信問題。OPC全稱是Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，它可以為不同廠家、不同類型的控制應用建立通信橋梁，而所使用的過程知識系統(PKS)中的Experion OPC Integrator功能即可實現數據在兩個系統之間進行傳輸。另外，針對該功能，資料提示不可使用該功能傳輸安全或關鍵任務信息，差值報警為預警功能，不屬于建議不使用的范疇。

2.3 系統負荷

利用OPC Integrator功能進行數據通訊，會在一定程度上增加服務器運行負荷。對增加差值預警需求的點位進行統計，共20組。技術人員確認，該數量點位通信對服務器負荷增加較小，在許可范圍內。

2.4 主要風險

修改后邏輯在下裝至控制器時存在一定風險。如下裝過程中如出現錯誤、下裝失敗，現場調節閥失去控制、無法調節，流程將出現無法控制的現象，存在安全風險。

針對上述風險，制定相應風險控制措施。下裝過程中現場工藝人員值守，中控人員加密關注流程參數，及時溝通現場進行手動調節，保證流程穩定。技術人員做好組態并交叉檢查，調整好作業窗口，減少流程手動控制時間。另外做好下裝時出錯失敗的應急措施：如出現下裝失敗、無法控制的現象，立即刪除所有新增模塊后保存修改，再次重新下裝，恢復系統修改前狀態，保證系統能夠正常調節控制。主要作業風險體現在下裝過程中，針對該風險制定相應預控措施后，風險在可控范圍內。

如上分析所得，利用OPC Integrator 功能將緊急關斷系統數據引至過程控制系統，與同一監測位置過程控制系統數據進行差值比較，實現中控系統監測數據異常預警方案可行。

3 方案實施

3.1 OPC通信組態

在PKS系統中建立OPC通信組，將SM系統中的數據引入PKS系統(圖4)。

圖4 OPC通信組態Fig.4 OPC communication configuration

3.2 差值報警邏輯組態

在PKS系統中利用組態軟件對變送器差值運算邏輯進行組態，并組態報警輸出(圖5)。

圖5 差值運算與報警組態Fig.5 Difference operation and alarm configuration

3.3 功能測試

對組態完成的模塊進行下裝并激活。下裝后測試報警功能正常實現，ALARMS SUMMARY有報警記錄顯示(圖6)。至此，中控監測數據異常預警功能實現。

圖6 上位機顯示差值報警Fig.6 Differential alarm display

4 總 結

中控系統監測數據異常預警功能的實現，在流程關鍵點位監測設備(壓力變送器、液位變送器)出現故障或工況異常時，能夠即時觸發報警并顯示詳細報警信息，提醒值班人員通知相關技術人員進行檢查處理，可有效規避儀控元件故障而引發的生產損失、設備損壞或者安全生產事故。另外，OPC技術在油氣化工生產控制系統中應用較為廣泛，本文成果為變送器故障預警提供了有效的解決方案。