儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)及合理化建議

張堅(jiān)

撫順石化工程建設(shè)有限公司儀表三車間 遼寧 撫順 113001

引言

儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一項(xiàng)重要措施，通過該系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)裝置、設(shè)備可能發(fā)生的危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)和保護(hù)，從而將風(fēng)險(xiǎn)降至最低，并確保人、設(shè)備、裝置安全穩(wěn)定。然而隨著生產(chǎn)裝置保持長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)可靠性也提出更高要求，需要結(jié)合實(shí)際采取一系列有效舉措，使儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)刻保持穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，其重要作用也能得到充分發(fā)揮[1]。基于此，本文對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)及合理化建議展開探討。

1 儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要的組成部分，并且具有輸入信號(hào)轉(zhuǎn)為輸出信號(hào)的功能，在一套設(shè)備中的作用就如人的大腦神經(jīng)中樞對(duì)人產(chǎn)生的作用，通過提供一些數(shù)據(jù)信息真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際狀況，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行有效監(jiān)控。而自動(dòng)化儀表在自動(dòng)控制系統(tǒng)中占據(jù)著十分重要的地位，從用途角度入手，自動(dòng)化儀表可以分為監(jiān)測(cè)、顯示、轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)控制、執(zhí)行等儀表；從組成形式角度入手，可以分為單元組合式儀表、集中分散型控制系統(tǒng)、組裝式電子綜合控制裝置等；從使用系統(tǒng)角度入手，可以分為生產(chǎn)系統(tǒng)檢測(cè)和安全系統(tǒng)檢測(cè)儀表兩種類型，并且在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域中都得到廣泛運(yùn)用，所兼具的顯示、記錄、監(jiān)測(cè)、控制等多重功能，也為現(xiàn)代化生產(chǎn)、管理和控制提供有力支持。另外，隨著自動(dòng)化和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)也提出了更高要求，越來越多的生產(chǎn)要求儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)智能化控制，進(jìn)而達(dá)到生產(chǎn)操作便捷化、系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠等目的。

2 儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析

儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在的風(fēng)險(xiǎn)主要有：①流量大小采集過程中出現(xiàn)變化狀況，一般情況下我們將之稱為流量控制儀表系統(tǒng)故障，若這時(shí)候儀表數(shù)值顯示為最小值，就需要對(duì)相關(guān)儀表進(jìn)行細(xì)致檢查，若采集儀表中沒有發(fā)現(xiàn)任何故障問題，那么大多數(shù)就是人為操作失誤導(dǎo)致，如：工藝操作變化、系統(tǒng)內(nèi)部堵塞等；②在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)液位儀表故障問題，當(dāng)液位儀表頻頻發(fā)生頻率波動(dòng)情況，就要注意檢查儀表液位的高低，并且在發(fā)生儀表數(shù)值與液位數(shù)值不相匹配狀況時(shí)，考慮設(shè)備導(dǎo)壓管是否出現(xiàn)問題，在修補(bǔ)完漏洞以后，對(duì)封液也要進(jìn)行重新灌注，如果液位控制顯示值出現(xiàn)最大或最小問題，還要檢查儀表指標(biāo)狀態(tài)是否存在異常，若有也要進(jìn)一步確定故障位置和采用有效措施進(jìn)行解決；③系統(tǒng)內(nèi)部各元件在使用過程中發(fā)生破壞，尤其是在工業(yè)條件、運(yùn)行環(huán)境等出現(xiàn)較大變化的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部各元件也會(huì)受到極大影響，進(jìn)而出現(xiàn)損壞情況，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來不利影響，尤其是引發(fā)的測(cè)量元件故障問題，會(huì)使儀表顯示值出現(xiàn)忽大忽小的情況，若呈現(xiàn)出慢速波動(dòng)特點(diǎn)，就可以判斷是由系統(tǒng)故障或工業(yè)生產(chǎn)所導(dǎo)致；④導(dǎo)壓管堵塞引起工藝流程和壓力儀表數(shù)值發(fā)生變化，若操作工藝流程沒有發(fā)生任何改變，就要考慮壓力儀表數(shù)值發(fā)生變化是由PID參數(shù)錯(cuò)誤引起，并在明確風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生真正原因以后，采用極具針對(duì)性的措施進(jìn)行解決；⑤系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥故障問題，而引發(fā)這一風(fēng)險(xiǎn)的原因有很多，如：隔膜調(diào)節(jié)閥膜片泄漏，使調(diào)節(jié)閥閥門出現(xiàn)失效狀況，整個(gè)儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)的頻率與調(diào)節(jié)閥頻率不相一致，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥故障問題發(fā)生，這時(shí)候除了要對(duì)閥門定位器進(jìn)行重新定位以外，還可以聯(lián)系實(shí)際對(duì)新的定位器進(jìn)行更換和使用，以防止風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步擴(kuò)大[2]。

3 加強(qiáng)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控的重要性

儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，并且為防止儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)各類風(fēng)險(xiǎn)問題，就要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控工作引起極大關(guān)注，其重要性主要表現(xiàn)為：①減少各類故障問題發(fā)生，儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，極容易受到運(yùn)行環(huán)境、各類元器件、操作工藝等因素影響，而導(dǎo)致各類故障出現(xiàn)問題，不僅會(huì)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行帶來極大影響，還會(huì)降低儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管控水平與質(zhì)量，而加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控工作以后，就可以對(duì)儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)施全面細(xì)致管理和實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)問題，也能及時(shí)把握與分析，并盡快采用有效措施進(jìn)行預(yù)防和解決，切實(shí)保障系統(tǒng)時(shí)刻處于穩(wěn)定可靠運(yùn)行的狀態(tài)；②提高系統(tǒng)運(yùn)行的性能和可靠性，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會(huì)各領(lǐng)域也對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行廣泛應(yīng)用，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效能提出更高要求，實(shí)際運(yùn)行中一旦出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)問題，勢(shì)必會(huì)對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)化安全可靠運(yùn)行構(gòu)成極大威脅，而加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控工作，不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行存在的不足之處，還能及時(shí)采取有效措施進(jìn)行解決，在保證系統(tǒng)運(yùn)行性能的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性也會(huì)得到進(jìn)一步提高，并推動(dòng)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化和完善；③提升工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化管理水平，在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過程中，儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和管控中占據(jù)著舉足輕重的地位，并且在工業(yè)生產(chǎn)管理自動(dòng)化、智能化發(fā)展進(jìn)程中，也對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)密切關(guān)注，一方面通過加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，可以降低各類故障問題發(fā)生概率，并切實(shí)保障系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，另一方面則是通過加強(qiáng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管控，對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)存在不足進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并在深入應(yīng)用中加快推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)管理自動(dòng)化、智能化發(fā)展進(jìn)程，在這一背景下我國(guó)工業(yè)事業(yè)也能獲得更進(jìn)一步發(fā)展[3]。

4 儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)防控的合理化建議

4.1 對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行提前預(yù)案

隨著生產(chǎn)裝置長(zhǎng)時(shí)間和滿負(fù)荷運(yùn)行，儀表控制系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，這時(shí)候就可以從事故結(jié)果入手，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故真正原因進(jìn)行分析和把握，然后采取相對(duì)應(yīng)的預(yù)防和解決措施，以防止這類風(fēng)險(xiǎn)問題再次發(fā)生，儀表控制系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性也能得到有力保障。例如：某公司的造氣爐DCS發(fā)出系統(tǒng)報(bào)警，并顯示控制站一卡處存在故障問題，并會(huì)對(duì)造氣爐裝置運(yùn)行安全產(chǎn)生極大影響，需要對(duì)相關(guān)閥門進(jìn)行限位處理，使系統(tǒng)工作恢復(fù)正常。為了防止這類風(fēng)險(xiǎn)事件再次發(fā)生，就可以對(duì)以下措施加以運(yùn)用：①依托現(xiàn)有資源做好備品備件工作，并對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生以后做出的緊急處理方案進(jìn)行深入研究，如：對(duì)重點(diǎn)控制閥采用人工限位、保證工藝生產(chǎn)可靠操作；②深入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行采集，并根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的不規(guī)則變化情況，對(duì)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)判，并在此基礎(chǔ)上將系統(tǒng)溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行整定，使之處于正常范圍內(nèi)，見表1，同時(shí)制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施，在減少系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的同時(shí)，還能夠?qū)L(fēng)險(xiǎn)危害控制在一定范圍內(nèi)；③對(duì)現(xiàn)行DCS產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化更新，不僅可以降低生產(chǎn)備件成本，還能夠優(yōu)化系統(tǒng)性能，各種風(fēng)險(xiǎn)問題也能減少發(fā)生[4]。

表1 系統(tǒng)PID控制器參數(shù)整定

4.2 在不改變硬件條件下優(yōu)化控制方案

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，高振值信號(hào)問題頻頻出現(xiàn)，并且多次證明是偽信號(hào)，側(cè)面也反映出儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)的抗干擾能力不足，這時(shí)候就可以充分利用儀表軟件中的容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)抗干擾程序編程進(jìn)行修改和優(yōu)化，以取得較為理想的屏蔽外界偽信號(hào)干擾的效果，同時(shí)采用這種方法，還能夠防止因非正常信號(hào)波動(dòng)出現(xiàn)非正常停車的情況發(fā)生，并基本消除了偽信號(hào)對(duì)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成的不良影響，然而需要注意的是，在程序編程優(yōu)化中要確保原有連鎖系統(tǒng)處于可靠狀態(tài)。

4.3 從設(shè)計(jì)上完善連鎖控制方案

為充分保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)多會(huì)有安全連鎖和DCS兩個(gè)系統(tǒng)，并且安全連鎖是獨(dú)立于DCS外的裝置，可以發(fā)揮分散系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和保障系統(tǒng)運(yùn)行安全性的作用。例如：在某公司的合成汽包裝置中，設(shè)置了一套獨(dú)立于全裝置的SIS連鎖系統(tǒng)，這套系統(tǒng)不僅與DCS系統(tǒng)互為補(bǔ)充，還能夠通過兩臺(tái)遠(yuǎn)傳液位計(jì)，對(duì)元件信號(hào)送入進(jìn)行運(yùn)算控制，以達(dá)到緊急停車、控制顯示的目的[4]。在這過程中，我們也要考慮到隨著時(shí)間不斷推移，儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率也會(huì)增加，這時(shí)候?qū)B鎖方案進(jìn)行不斷修改和優(yōu)化，可以極大保障系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 儀表系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定

受工業(yè)過程的不同影響，如：原料種類、生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備工藝復(fù)雜程度等，對(duì)安全要求也存在一定差異，無形中也增加了儀表系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定難度。而一個(gè)具體的工藝過程是否需要對(duì)SIS進(jìn)行配置，對(duì)何種等級(jí)的SIS進(jìn)行配置，都需要通過工藝過程安全度等級(jí)評(píng)定實(shí)現(xiàn)，并在明確具體工藝過程安全度等級(jí)以后，才能夠?qū)ζ渑渲孟鄬?duì)應(yīng)的SIS，進(jìn)而充分發(fā)揮保障系統(tǒng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定的效果[5]。實(shí)踐中可以使用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法，從工藝過程風(fēng)險(xiǎn)頻率和嚴(yán)重性兩方面著手，最后分成三個(gè)安全度等級(jí)，并配備與之相對(duì)應(yīng)的SIS。

4.5 嚴(yán)格遵循儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

嚴(yán)格遵循獨(dú)立設(shè)置、中間環(huán)節(jié)最少、故障安全、容錯(cuò)結(jié)構(gòu)原則，對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以減少系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，相應(yīng)系統(tǒng)效能也能得到有力保障。其中獨(dú)立設(shè)置原則表示儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，以防止控制、安全功能同時(shí)失效的情況發(fā)生；而中間環(huán)節(jié)最少原則可以使故障點(diǎn)降至最低，相應(yīng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率也會(huì)明顯下降；踐行故障安全原則就可以在控制系統(tǒng)失效時(shí)，對(duì)相應(yīng)裝置實(shí)施有效保護(hù)，并按照預(yù)定順序轉(zhuǎn)至安全狀態(tài)，具體表現(xiàn)有電磁閥采用正常勵(lì)磁連鎖未動(dòng)作時(shí)，電磁閥線圈帶電連鎖動(dòng)作時(shí)斷電；當(dāng)自身出現(xiàn)故障而不是工藝或設(shè)備超過極限工作范圍時(shí)，作為控制裝置的故障安全可以通過連鎖動(dòng)作使其按照預(yù)定順序安全停車，并依托軟硬件冗余和容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和執(zhí)行糾錯(cuò)；容錯(cuò)結(jié)構(gòu)原則即在內(nèi)部并行元件或集成邏輯軟件出現(xiàn)故障時(shí)，可以對(duì)這些故障進(jìn)行有效識(shí)別，并通過故障旁路對(duì)指定功能進(jìn)行繼續(xù)執(zhí)行，涉及的功能主要有限制進(jìn)程動(dòng)作以防錯(cuò)誤繼續(xù)擴(kuò)大、對(duì)過程實(shí)施動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和更換、修正失去效用部件[6]。

4.6 提高儀表自動(dòng)化管理水平

為實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的有效防控，還可以通過進(jìn)一步提高儀表自動(dòng)化管理水平實(shí)現(xiàn)，可采取的措施有：①引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才，在緊跟時(shí)代發(fā)展步伐對(duì)新型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行引進(jìn)應(yīng)用的同時(shí)，也要對(duì)專業(yè)技術(shù)人才引進(jìn)加以關(guān)注，使儀表自動(dòng)化管理隊(duì)伍綜合素質(zhì)得到提升，相應(yīng)儀表自動(dòng)化管理工作也能更加高效和高質(zhì)完成，實(shí)踐中可以對(duì)外招聘一批專業(yè)素質(zhì)高和懂得運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)的優(yōu)秀人才加入到當(dāng)前工作隊(duì)伍中，并定期組織教育培訓(xùn)工作，以對(duì)最新技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，同時(shí)將考核、獎(jiǎng)懲等機(jī)制滲透其中，推動(dòng)儀表自動(dòng)化管理工作更好開展；②人機(jī)結(jié)合高水平操作，在儀表運(yùn)轉(zhuǎn)期間需要技術(shù)人員嚴(yán)格按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，實(shí)踐中也要根據(jù)實(shí)際工作需要，對(duì)儀表運(yùn)行管理制度、安全保護(hù)警報(bào)系統(tǒng)制度等進(jìn)行構(gòu)建和完善，并將儀表生產(chǎn)步驟、各項(xiàng)工藝參數(shù)等關(guān)鍵內(nèi)容融入其中，在實(shí)現(xiàn)儀表自動(dòng)化管理的同時(shí)，使儀表時(shí)刻保持正常運(yùn)作狀態(tài)；③加大資金投入和故障處理，在提高儀表自動(dòng)化管理重要性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，加大資金投入力度，以為儀表使用、檢測(cè)、保養(yǎng)等工作開展提供充足資金，儀表重要作用也能得到有效發(fā)揮，為防止儀表運(yùn)行中出現(xiàn)故障的問題，也要定期開展運(yùn)檢和維護(hù)工作，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀表運(yùn)行存在的問題，并采取有效措施進(jìn)行預(yù)防與控制；④融入先進(jìn)技術(shù)手段，緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，將最新技術(shù)成果運(yùn)用到儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)中，就可以通過現(xiàn)代監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備與檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀表整個(gè)工作過程動(dòng)態(tài)化監(jiān)督與控制，并通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)儀表各項(xiàng)工作參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過設(shè)定值范圍以后，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，并結(jié)合監(jiān)測(cè)到的參數(shù)信息，對(duì)故障發(fā)生原因及具體位置進(jìn)行自動(dòng)分析與定位，同時(shí)將得到的分析報(bào)告?zhèn)魉徒o運(yùn)維部門，及時(shí)委派檢修人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)開展進(jìn)一步檢查維護(hù)工作，使這些問題得到快速、精準(zhǔn)解決[7]。

5 結(jié)束語

本文是基于對(duì)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)及合理化建議的分析，隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域中也得到了十分廣泛的應(yīng)用，并且隨著生產(chǎn)裝置運(yùn)行時(shí)間不斷延長(zhǎng)，對(duì)儀表控制系統(tǒng)可靠性和安全性也提出較高要求，迫切需要對(duì)儀表系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行分析，并充分利用現(xiàn)有資源，對(duì)儀表控制方案進(jìn)行科學(xué)布局，在減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的同時(shí)，確保儀表系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)刻處于穩(wěn)定、可靠狀態(tài)。