儀表機柜間電源狀態智能監測

謝文奮

（中國石油獨山子石化分公司 信息網絡公司 煉油儀表車間，新疆維吾爾自治區 獨山子 833699）

0 引言

在石油化工行業中，儀表供電系統的可靠性和穩定性直接影響到化工生產裝置的安全穩定運行。裝置運行過程中，如果儀表電源突然中斷會造成裝置生產中斷，導致裝置的非計劃停車，影響面積非常大，造成的經濟損失也很高。為保證裝置正常的安全生產，避免裝置發生火災爆炸，造成人身傷亡及損壞關鍵設備的情況發生，在裝置運行的設備中，儀表電源系統性能尤為關鍵。當裝置發生異常情況時，為確保儀表電源系統能正常運行，對電源質量的要求也越來越高。首先，是對儀表供電系統電源配置的性能要求提高；其次，是儀表電源系統必須具備故障診斷預判措施，才能為裝置的安全生產提供保證。

1 裝置供電系統的分布情況

裝置現場使用的電源型號有SIEMENS 電源、P+F 電源、LAMBDA 電源、RPSTECH 電源、ITM 電源等幾種。裝置上的小系統或是現場有獨立撬裝設備，一般都采用西門子穩壓電源；LAMBDA 穩壓電源主要是給進入到SIS 系統的儀表和閥門供電；P+F 穩壓電源和RPSTECH 穩壓電源是給進入到DCS 系統的儀表和閥門供電。電源的輸入端一般都是雙輸入電源。儀表電源使用分布見表1。

表1 儀表電源使用分布Table 1 Distribution of instrument power usage

當儀表電源系統出現故障時，如不能及時發現并處理，靠儀表維護人員每日定時檢查，判斷是否發生故障，是不能滿足裝置上儀表設備長周期運行需求，不利于電源系統的運行，不利于裝置儀表控制系統的運行，直接影響裝置的安全生產。從表1 可以分析出，使用最為普遍的電源是RPSTECH 穩壓電源。在這幾種類型電源里，只有RPSTECH 電源具備在線監測和故障預判功能，其余幾種都沒有在線監測和故障預判功能。雖然RPSTECH 電源雖具備在線監測功能，也只能依靠維護人員打開PTP 電源柜，通過對PCU 監控模塊的參數進行翻閱，然后記錄出電源內部的運行參數，才能判斷電源模塊的運行狀況的好壞。電源系統在工作過程中，無法遠程實時監控，且運行狀況無具體的歷史數據記錄，需對其功能進行開發和利用。

2 RPSTECH直流穩壓電源的功能

目前，RPSTECH 直流穩壓電源在現場使用有70 多套，RPSTECH 直流穩壓電源安裝時底座相互獨立，可實現電源模塊在線熱插拔功能，是一種集成模塊化冗余直流穩壓電源系統。采用先進穩定的諧振開關技術及模塊化的設計，很大程度上提升了電源效率，提高了電源的可靠性及穩定性。其具備雙路供電輸入功能，每個獨立模塊相互之間冗余，并帶有電源模塊自動檢測和故障報警的功能。RPSTECH 冗余電源模塊具有獨立的隔離雙輸入端口，接收交流220VAC 電源，每個電源模塊輸出端口也相互隔離，模塊的輸出電流為24VDC20A 或24VDC40A，輸出電壓可調范圍在22.5V～28V 之間。輸出電流以并聯輸出工作的方式分擔負載，從而實現N ＋1 冗余結構的儀表供電系統，特別適合用于關鍵儀表運行的場合。RPSTECH 電源系統具有高轉換效率，可以進行自然對流冷卻工作，散熱性能好，不需要單獨配備冷卻風扇進行降溫[1]。

3 電源與DCS系統通訊方式

RPSTECH 電源系統內部的通信傳遞，是通過每個電源模塊底座上的通信總線實現電源模塊之間數據相互交換。當電源系統需要增加電源容量時，非常方便進行電源系統的擴容，且每個電源模塊的內部故障報警都可以檢測到，并通過各自的LED 燈和報警繼電器發出的報警信號，從而提供一個相互兼容性很強的電源系統，非常適合用于危險關鍵場合。電源模塊接線圖如圖1 所示。

圖1 電源模塊接線圖Fig.1 Wiring diagram of power supply module

RPSTECH 電源PCU 監控模塊對電源系統的監控有兩種方式：一種利用PCU 監控模塊的觸點端子，采用硬接線的方式連接到DCS 系統的DI 點，通過PCU 電源監控模塊觸點的通斷來實現對模塊的監控及報警。該監控方式單一，只能產生報警，無法對整個電源系統運行的狀態進行監控。對電源系統具體幾號模塊報警，以及模塊報警的具體參數無法監控。另一種方式是通過電源系統PCU 監控模塊的通訊接口與DCS 系統通訊，實現全過程監控。由于PCU 監控模塊采用的通訊端口是RS232 通訊口，RS232 通訊接口自身的缺點與DCS 系統有效地實現通訊，需對PCU 監控模塊的通訊接口進行改進，方可實現與DCS 系統的通訊[2]。

4 具體實施的措施

4.1 PCU監控模塊的端口改裝

PCU 電源監控模塊的作用是用于管理整個電源系統，監視電源系統各模塊的各種物理參數。如圖2 所示為PCU電源監控模塊。由于現場PCU 電源監控模塊使用的是RS232 通訊端口，與DCS 系統無法實現數據通訊，只能通過外接計算機通訊讀取內部數據。因此，利用2019 年全廠停工大修的時機，對煉油各裝置的PCU 電源監控模塊的通訊接口進行改裝更換，將PCU 電源監控模塊RS232 通訊端口全部更換為RS485 通訊接口，并從PCU 電源監控模塊敷設屏蔽雙絞線到DCS 系統的ALR121 通訊卡，經ALR121通訊卡與DCS 系統進行數據通訊。

圖2 PCU電源監控模塊Fig.2 PCU Power monitoring module

4.2 內部參數解讀及設置

1）通過控制PCU 電源監控模塊4 個功能鍵：CANCEL、↑、↓和ENTER，可以顯示系統中每個電源模塊的輸出電壓值、電源模塊的輸出電流值、電源模塊報警設定值、電源模塊報警信息，還可以進行電源系統的時鐘設置、密碼修改、版本信息以及初始化調制解調器等功能。在PCU 監控模塊數字顯示菜單中，可向上或向下進行選擇，調整內部設定值或選定可選項，并可進入下一級菜單和確認各項參數調整過程，在對功能鍵沒有任何操作的情況下，兩分鐘后數字顯示屏會自動返回主菜單。PCU 監控模塊與DCS 系統進行通訊時，監控模塊內部參數設置如下：初始波特率設置為9600，初始網址設置為001，通信協議格式選擇標準MODDUS RTU，物理連接線采用RS485。設置完畢后經DCS 系統組態，就可進行數據通訊。

2）PCU 電源監控模塊內部參數，分別寄存在不同的內置寄存器內，如電源模塊報警寄存在報警寄存器中，每個模塊的電流值寄存在電流數據寄存器中。詳細的數據途徑，見表2。

表2 寄存器內容數據表Table 2 Register content data table

3）由于不同寄存器地址表示不同寄存器，代表不同的用途，從表2 寄存器內容數據表可以看出，報警寄存器的地址為00，高字節固定為0，低字節無報警為0，FF 報警。寄存器地址01 表示電源模塊是否在線工作或故障。高字節為電源模塊是否在線表示位，低字節為電源模塊是否故障表示位。建立故障代碼對應表，便于故障分析診斷。表3為故障代碼對應表。

表3 故障代碼對應表Table 3 Correspondence table of fault codes

5 DCS系統通訊組態

裝置上采用的DCS 系統是橫河的CENTUM VP 系統，該系統在石油煉化企業應用很廣泛，對外部設備互聯通訊接入的系統有很好的兼容性。從CENTUM VP 系統PTP電源柜的PCU 電源監控模塊，敷設屏蔽雙絞數據通訊線至CENTUM VP 系統機柜NODE 空余位置，再安裝數據ALR121 通訊卡，然后進行CENTUM VP 系統軟、硬件組態，并建立歷史數據庫，便于日常故障分析診斷，如圖3 所示。組態時CENTUM VP 系統ALR121 通訊卡組態的數據參數，必須與PCU 電源監控模塊的設備地址、比特率、奇偶校驗、停止位等通訊參數完全一致。如圖4 所示為CENTUM VP系統軟件組態數據[3]。

圖3 參數歷史趨勢圖Fig.3 Parameter historical trend graph

圖4 CENTUM VP系統軟件組態數據Fig.4 CENTUM VP System software configuration data

6 結論

實施后DCS CENTUM VP 系統通過PCU 監控模塊，實現對每個電源模塊的運行狀態實時監測和遠程監控，確保電源系統長周期的正常運行，整個電源系統可靠性得到極大提升，降低了維護人員和操作人員的工作強度，提升了自動化控制水平。使用后，檢測出蒸餾裝置、硫磺裝置、蠟油加氫裝置出現電源模塊故障，儀表維護人員及時進行處理，避免因儀表電源系統故障對裝置安全生產影響，為裝置的安穩長運行奠定基礎。