化工自控系統維護管理綜述

吳海會

（蘭州新區石化產業投資集團有限公司，蘭州新區 730030）

0 引言

自動化控制系統的發展使控制系統的硬件積木化、軟件模塊化、控制組態化、通信網絡化，且系統更具開放性、兼容性、互換性[1]。DCS（Distributed Control System）是人機交互系統；SIS（Safety Instrument System）是非人機交互系統，實現聯鎖緊急停車功能；CCS（Compressor Control System）兼具DCS 和SIS 的功能，實現遠程操作和聯鎖停車保護大機組；GDS（Gas Detection System）針對火災和有毒氣體泄漏而設計，與SIS 功能相似。這些控制系統的應用避免了高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害生產裝置的檢測和控制出現盲點，使工藝生產流程更加平穩可控，保障人員與裝置的安全。因此，化工生產中控制系統的可靠性離不開專業的維護、管理。

1 資料管理

生產過程中控制系統故障除了用于測量溫度（T）、壓力（P）、液位（L）、流量（F）、成分（A）的各類儀表之外[2]，控制工藝參數的執行機構、控制系統的軟件集成和硬件集成等部分的故障都直接影響控制系統的控制功能。在生產過程中，控制系統資料是否完整、接線標識是否準確、檢修維護記錄是否詳盡，是提高上述故障檢修效率的關鍵因素。

1.1 軟件操作手冊

控制系統組態是否準確，可以通過學習軟件操作手冊幫助儀表人員認識各種功能塊的作用和使用方法，并以此為基礎解讀組態是否出現偏差。因此，對于自控系統后備力量的培養，可以軟件操作手冊為著手點，在PC 機上安裝組態軟件進行常態練兵，避免維護過程中直接接觸正在運行的控制系統，導致非計劃停車事故。

1.2 硬件操作手冊

控制系統硬件操作手冊幫助自控技術人員掌握硬件設備的性能特點，硬件組態過程中各類卡件、端子板、元件的具體功能，以及接收或輸出信號的形式及接線形式，明確各類指示燈的具體作用等。在系統維護保養和技改技措的實施過程中，做到有的放矢，保障系統的可靠性。

1.3 報警聯鎖邏輯圖

報警聯鎖邏輯圖是將輸入的各種具有邏輯性的物理量，通過功能塊的邏輯運算，最終把邏輯運算結果通過輸出模件送至現場執行機構或操作顯示屏上，用遠程自動控制方式完成裝置停車與開車，保障工藝操作的安全性、時序性和備用性。若生產過程中發生聯鎖安全事件，可立即確定出現問題的工藝參數，圍繞出現異常的工藝參數，討論系統組態、現場儀表、工藝控制等各方面原因，避免裝置出現同樣事故。

1.4 系統回路圖

工藝操作的目的是控制T、P、F、L、A 這5 大參數。在生產過程中，控制系統根據生產工藝上游或下游相關參數的變化，在規定范圍內對本裝置的工藝參數進行自動調整。自動調整的過程根據工藝控制的復雜程度，有簡單控制回路、復雜控制回路[3]（包括串級控制回路、分成控制回路、比例控制回路等）。控制系統回路是從現場儀表采集的信號進入控制器，經控制器中組態軟件的計算表決，將結果輸出至執行機構。若工藝控制不夠平穩和順暢，就需要儀表和工藝合作，分析控制方法是否合理、PID 參數設置是否合理、現場儀表選型是否滿足工藝條件等情況。

1.5 端子接線圖

控制系統在信號采集、信號處理、信號輸出過程中發生的任何故障都會影響控制系統的控制功能。在檢查維護過程中，故障排除過程依次是：現場儀表→現場接線箱→機柜間。若現場儀表和中間接線箱都沒有問題，應查看控制系統端子接線圖，檢查機柜接線是否準確，回路中的每一個元器件的工作性能是否完好。

因此，軟件操作手冊、硬件操作書冊、報警聯鎖邏輯圖、系統回路圖、端子接線圖等控制系統資料是控制系統維護的根本依據，這些資料必須在對應的工程師站保存一份，如有變更，應記錄清楚，做到資料與控制系統的硬件、軟件相一致。便于技術人員在事故發生的第一時間找到對應資料排除故障，保證裝置的安全、平穩運行。

2 日常管理

2.1 軟件管理

控制系統軟件有應用軟件和系統軟件。應用軟件：為完成生產過程監控所需要的工程軟件。系統軟件：為控制系統專門設計的軟件，用以促進工程軟件的運行和維護。應用軟件的組態修改和系統軟件配置更改必須按照相關管理制度，經過各級領導審批后才可進行。為防止控制系統工程文件和操作系統軟件故障導致系統癱瘓，系統工程文件和操作系統軟件應定期備份并妥善保管，做到積極預防、及時發現、快速恢復。

2.2 聯鎖管理

聯鎖是裝置安全、平穩運行的紅線，聯鎖確保生產工藝不因超溫、超壓、超流量、超液位、超組分而導致生產事故發生，設備不因超溫、超振動、超位移、電機過流等發生設備事故。因此，報警聯鎖邏輯圖是控制系統組態的重點內容之一，應嚴格按照管理制度執行，不碰觸安全底線，才能實現企業效益最大化。為確保裝置在受控狀態下運行，聯鎖管理包括聯鎖的分類、分級，報警聯鎖臺賬的建立，聯鎖的增設、取消、設定值變更管理，聯鎖切除、投用的審批程序，聯鎖申請票的管理，聯鎖動作后的事故處理等方面。

2.3 密碼管理

密碼管理，控制系統根據操作權限的不同，需要設置多級密碼并定期變更，密碼設置和定期變更應都記錄在密碼本上，密碼本應雙人保管，防止密碼外泄并保證密碼有效性。密碼管理制度對企業安全、平穩生產的重要性在于防止沒有授權的人員非法進入系統，擅自更改控制策略、應用程序和系統數據庫。同時，保證在緊急情況下，技術人員可以進入系統進行維護工作。

2.4 防病毒管理

控制系統感染病毒后，會通過工控網傳播，使系統軟件遭破壞或更改，導致操作系統死機及應用軟件失去運行環境；應用軟件中的邏輯控制組態內容丟失，會導致控制功能錯誤或缺失。總之，控制系統病毒感染使整個控制系統癱瘓，生產裝置處于嚴重危險狀態。

控制系統防病毒策略分軟件方法和硬件方法，軟件方法是安裝防病毒軟件或設置系統運行軟件白名單；硬件方法是設置防火墻或從管理方面控制數據流向。

控制數據流向的主要工作是阻止工控系統與PC 機進行數據交換；控制系統硬件需專業人員上鎖管理；無審批，不可更換、拆除、外借挪用；每臺工控機應有專用安裝盤和數據備份盤，不可交叉互用；所有工控機的USB 接口、光驅、軟驅等外部接口一律禁用并定期檢查， 安裝軟件必須是正版，不能安裝與生產無關的軟件等。

2.5 機柜間、工程師站管理

進出機柜間、工程師站必須登記；機柜間、工程師站應保持干凈整潔，定期打掃衛生；機柜間、工程師站內部應保持規定的溫度、濕度、壓力；機柜間、工程師站應每天巡檢，檢查系統硬件（模件溫度、UPS 電壓等）是否正常工作并進行系統自診斷情況檢查；機柜間、工程師站禁止使用強電磁干擾設備，保證控制系統硬件的壽命，延長控制系統的使用周期。

控制系統日常維護管理應嚴格執行各項管理制度，將硬件檢修、邏輯組態、參數修改、密碼變更、防病毒檢查等工作分類做詳細記錄，確保控制系統運行處于可控狀態。

3 檢修維護

3.1 下電、上電

控制系統上電、下電的操作不規范，會導致系統機柜中的元件損壞、組態紊亂、PID 參數丟失。因此，控制系統下電應先斷開回路電源開關，再斷開控制器電源開關，最后斷開UPS 電源總開關；控制系統上電是下電次序的反向動作。

3.2 清灰

控制系統灰塵沉積在集成塊和其它電子元器件上，會降低其散熱性能，導致集成塊和電子元器件工作異常，甚至損壞；導電性灰塵會使絕緣材料絕緣性降低造成短路；絕緣性灰塵會使插件觸點接觸不良造成斷路。因此，控制系統應定期進行清灰。

清灰之前系統應斷電，帶靜電手環；清灰工具不能選擇容易脫毛的筆刷；用于外圍設備的洗劑選用中性。模件的清理應從機柜里拆出后，用羊毛刷子清理，灰塵過多需用無水酒精清潔。風扇清灰用手抵住葉片，用刷子清理后再用濕布擦干凈。清理困難的部位，如模件插槽可用吹風機將灰塵吹出機柜。模件清灰過程中，力量要適中，防止碰掉主板表面的貼片元件，或造成元件松動以致虛焊。機柜清灰后應對機柜端子、隔離器、安全柵等元件的接線是否牢固進行檢查。

3.3 點檢

點檢是指化工裝置停車檢修期間，對控制系統的硬件和軟件進行全面檢查、診斷和排查，并對系統運行過程中出現的問題進行針對性處理。

硬件方面對控制系統機架、模件、風扇、電源等硬件的功能驗證，對系統的冗余、容錯功能及在線維護功能測試，如在線更換卡件、在線組態、在線軟件下裝等。軟件方面對控制系統的每個IO 點進行測試，確定應用軟件中的回路控制邏輯，報警聯鎖邏輯的準確性。

3.4 軟件、硬件升級

化工企業應與控制系統廠家保持聯系，根據系統運行情況，檢修期間對控制系統的軟件和硬件進行升級，升級的目的是為了清除系統中存在的漏洞（bug）并釋放內存，從而提高控制系統的運行安全性、穩定性和數據處理速率。

為保證控制系統在下一周期安全、平穩運行，檢修期間應視控制系統運行情況對軟件和硬件進行升級。停車檢修前、后應做好控制系統工程文件備份；控制系統維護管理主要的工作是清灰、點檢并詳細記錄檢修、維護的項目和過程。

4 備件管理

控制系統備件管理可避免備件囤積過多導致維修基金積壓，備件儲備過少影響控制系統正常工作。控制系統卡件應每一種類型備用一塊，安全柵、繼電器、保險等元器件應根據控制系統運行過程中使用的種類和數量按比例備用。記錄控制系統維護、檢修所消耗備件的數量，若干生產周期后，對控制系統中各類備件數量進行調整，使控制系統備件管理上臺階。

5 結語

DCS、SIS、CCS、GDS 在各自配置規范下集成并無縫鏈接在一起，組成功能更完整的過程控制系統PCS（Process Control System），實現化工安全生產一體化控制，從對控制系統的資料管理、日常維護管理、檢修管理和備件管理細節著手，闡述控制系統維護、管理原因和管理方法，對于石油、化工等生產領域控制系統長期、穩定運行具有實際的指導意義。