一種自控儀表專業技術管理方法的應用探討

李文忠

（中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東青島 266500）

0 引言

作為從事自控儀表專業技術管理的工程技術人員，日常面對的是種類繁多的自控儀表設備、功能各異的控制系統以及堆積如山的設計文件、圖紙資料，在從事繁瑣的自控儀表設備技術管理的過程中經常會產生困惑和迷茫，為做好基本的自控儀表技術管理工作，尋找管理工作中的關鍵點、切入點，全面掌控各生產裝置自控儀表設備運行和維護維修技術，本文探討了自控儀表專業基本技術管理工作的思路與方法。

1 自控儀表信號回路的概念

石油化工企業過程控制層（Process Control System，PCS）常見的控制系統主要有：集散控制系統（Distributed Control System，DCS）、安全儀表系統（Safety Instrumented System，SIS）、壓縮機控制系統（Compressor Control System，CCS）等。如果把上述各控制系統比作人的“大腦”，那么與各控制系統相連的信號回路則可形象的比作一條條的“神經”。大腦通過神經連接全身各器官進行感知和動作，各控制系統則通過信號回路連接現場儀表設備實現檢測和控制。

簡而言之，自控儀表系統主要是由一個個信號回路構成的。也可以說，自控儀表專業工作的核心首先是搭建清晰、正確的“信號回路”。循著清晰的信號回路，逐步排查回路上各個節點（如現場儀表設備、電纜、安全柵、系統卡件、系統內部組態等）存在的問題，則可保障整個信號回路暢通，確保檢測和控制的正常進行。

常見的儀表信號回路按照信號性質可分為：①AI 模擬輸入信號回路；②AO 模擬輸出信號回路；③DI 數字輸入信號回路；④DO 數字輸出信號回路；⑤PI 頻率輸入信號回路。

2 自控儀表專業技術管理所需的圖紙資料收集

準確、齊全的圖紙資料是自控儀表專業開展技術管理工作的核心基礎，是自控儀表材料采購、設備制造、工程建設施工、裝置投產運行以及維護維修工作的根本依據。因此做好圖紙資料的收集是自控儀表專業技術管理工作的基本功，也是技術管理首先要做的基礎工作。

2.1 主體裝置自控儀表專業圖紙資料

設計單位自控儀表專業在存檔和提交圖紙時，不可能一次把全部圖紙資料提交完畢。一般根據現場施工進程，分兩次存檔和提交，即：室外部分圖紙和室內部分圖紙。

室外部分圖紙主要包含：目錄、說明書、儀表索引表、儀表測量管路方案索引表、儀表電纜索引表、儀表規格書、材料表、管道及儀表流程圖（Piping and Instrument Diagram，P&ID，包括工藝及熱工部分）、安全儀表系統邏輯圖、伴熱回水標準圖、各類儀表測量管路連接圖、電纜槽盒平面布置圖、氣體檢測器平面布置圖、儀表管線平面布置圖等，應根據圖紙目錄完成室外部分圖紙收集和整理。

室內部分圖紙主要包含：目錄、說明書、I/O 索引表、材料表、現場機柜室平面布置圖、現場機柜室機柜基礎圖、現場機柜室室內電纜敷設示意圖、各機柜布置圖、配電柜布置圖、各機柜卡件布置圖、各控制系統接線圖、現場機柜室接地系統原理圖、現場機柜室接地系統布置圖等，應根據圖紙目錄完成室內部分圖紙收集和整理。

2.2 主體裝置施工安裝過程中產生的自控儀表專業關鍵資料

自控儀表施工安裝過程中，遇到與設計文件不符或設計文件說明不全、不清楚的問題，施工單位將立即提交《工程聯絡單》至設計單位。一般問題，設計人員在《工程聯絡單》上直接書面答復，施工單位將依據設計回復進行施工、整改；關鍵問題，設計人員將通過《設計變更通知單》方式對設計文件進行補充或修改，施工單位根據《設計變更通知單》內容進行施工、整改。因此，自控儀表專業《工程聯絡單》和《設計變更通知單》也是非常關鍵的基礎資料，應做好收集和整理，不能缺失。

2.3 大型機組（泵）自控儀表專業圖紙資料

2.3.1 國產大型壓縮機組圖紙資料

完整的國產大型壓縮機組（如：離心壓縮機組）圖紙資料通常由3 家制造廠商提供的資料組成，分別為壓縮機制造廠提供的儀表專業圖紙資料、汽輪機制造廠提供的儀表專業圖紙資料以及壓縮機干氣密封廠家提供的儀表專業圖紙資料。應根據各制造廠提供的圖紙目錄清單完成與自控儀表相關的圖紙資料的收集和整理。

國產大型壓縮機組需要收集儀表及相關的圖紙資料，與壓縮機相關的主要包含：壓縮機工藝氣管道及儀表流程圖、潤滑油系統管路儀表流程圖、水站及水系統管路儀表流程圖、壓縮機組/潤滑油站現場儀表板（架）安裝布置圖、接線箱接線圖、壓縮機組各儀表訂貨單、控制系統端子排出線圖、報警聯鎖系統邏輯圖、CCS 系統控制柜安裝布置圖、儀表單元接線圖、控制系統訂貨單、邏輯流程圖、回路匯總表等。

與汽輪機相關的主要包含：汽輪機潤滑油系統儀表流程圖、調節系統圖、蒸汽疏水系統圖、器材清單、接線盒端子圖、汽輪機就地儀表架圖紙（包括盤面布置圖、背面接管圖、出線端子圖）、汽輪機自控與檢測使用說明書、汽輪機使用說明書、汽輪機振動/位移/鍵相/轉速傳感器等安裝圖、汽輪機調節汽閥特性線圖、汽輪機功能表等。與干氣密封系統相關的主要包含干氣密封系統裝配圖、干氣密封控制系統圖、干氣密封控制系統接線圖、干氣密封控制系統報警聯鎖圖、干氣密封系統操作說明、干氣密封系統儀表、閥門匯總表等。

2.3.2 進口大型機組（泵）圖紙資料

通常情況下，進口機組（泵）圖紙資料是比較完整、齊全的，有清晰的圖紙資料清單，應根據清單，查找儀表施工、安裝、調試、維護所需要的圖紙、數據。必要的圖紙有管道及儀表流程圖、儀表清單及數據表、接線箱接線圖、聯鎖邏輯圖和報警/停車設定值表、開車備件清單、儀表說明書及圖紙等。

2.4 自控儀表專業重點參考的其他專業圖紙資料的收集

除了上述屬于自控儀表專業范疇內編制的圖紙資料以外，還有部分屬于其他專業范疇的圖紙資料是自控儀表全面技術管理工作需要查閱和重點參考的。與配管專業相關的圖紙資料主要有雙金屬溫度計/熱電偶（阻）管嘴、壓力儀表取源管嘴等歸屬配管專業設計范圍。設備法蘭規格及管嘴高度等是儀表專業需要用到的關鍵數據，如果需要準確確認該數據，必須首先找到管嘴所在的管道編號，然后查閱相應的管段圖（又稱單管圖），即可得到所需數據。

與設備專業相關的圖紙資料主要有雙法蘭變送器儀表、浮筒液位變送器、玻璃板液位計、導波雷達液位計等液位儀表對應的設備法蘭等歸屬設備專業設計范圍。法蘭規格及管嘴高度、取源間距等是儀表專業需要的關鍵數據，如果需要準確確定該數據，必須查閱所在的設備總圖及零部件圖，即可得到所需數據。

與工藝專業相關的圖紙資料主要有：工藝原則流程圖（Process Flow Diagram，PFD）及物流表，可以查到PFD 圖中的各編號物流工藝數據，包括介質狀態、溫度、壓力、流量、介質組成等。

與熱工專業相關的圖紙資料主要有：涉及鍋爐汽包、蒸汽發生器、加熱爐等儀表的管嘴、快開風門、煙道控制擋板等屬于加熱爐熱工專業設計范圍，相關數據需要收集和查閱熱工專業設計的圖紙資料。

3 自控儀表專業信號回路檔案的編制

自控儀表專業技術管理所需的圖紙資料收集完成后，開始全面梳理、研讀、消化、吃透設計圖紙資料內容，并開展信號回路檔案的編制工作，將提取的技術管理所需的重點、關鍵內容體現在回路檔案中。

3.1 溫度儀表回路檔案編制

編制溫度儀表回路檔案需要用到的相關資料有通用資料：終版I/O 索引表、終版P&ID 流程圖、終版儀表索引表、終版控制系統卡件及通道分配圖紙、終版的報警聯鎖系統邏輯圖、終版的聯鎖報警設定數據、終版儀表回路接線圖等（下文簡稱為“通用資料”）；專用資料：終版溫度元件規格書，溫度儀表回路檔案編制模板如圖1 所示。

圖1 溫度儀表回路檔案編制模板

通過溫度儀表回路檔案，可以明確相關回路性質（指示回路/單回路/復雜回路/聯鎖回路等）、信號性質、信號走向；明確溫度儀表名稱、控制系統正確組態需要的數據（量程、溫度元件類型、報警性質、報警設定值等）；備注欄中提供的內容是對本回路關鍵、重點內容的摘要（如配套何種類型安全柵，信號轉換方式以及控制功能說明等）。特別提示，回路檔案中的數據及內容必須準確無誤、有據可查，模糊不清的數據或問題必須反復核對，直至確認無誤。

3.2 壓力（差壓）儀表回路檔案編制

編制壓力（差壓）儀表回路檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：終版壓力（差壓）變送器規格書，壓力（差壓）儀表回路檔案編制模板如圖2 所示。

圖2 壓力（差壓）儀表回路檔案編制模板

通過壓力（差壓）儀表回路檔案，明確壓力（差壓）儀表名稱、現場變送器/控制系統校驗、組態需要的數據（量程、單位、報警/聯鎖性質、報警/聯鎖設定值等）；備注項中提供的內容是對本回路關鍵控制/聯鎖功能的解讀說明（如：低油壓啟備泵、允許啟動條件、聯鎖停車功能等）。特別提示，回路檔案中的數據必須準確無誤、有據可查，關鍵的功能解讀必須依據報警聯鎖邏輯圖反復校對進行確認。

3.3 流量儀表回路檔案編制

編制流量儀表回路聯校檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：終版節流裝置規格書、流量計規格書，流量儀表回路檔案編制模板如圖3 所示。

圖3 流量儀表回路檔案編制模板

通過流量儀表回路檔案，明確流量儀表名稱、現場變送器/控制系統校驗、組態需要的數據（量程、單位、報警/聯鎖性質、報警/聯鎖設定值、組態信號處理方式等）；備注項中提供的內容是對本回路關鍵參數、控制/聯鎖功能的解讀說明（如孔板孔徑d值、溫度壓力補償運算、質量流量計供電方式、聯鎖停車功能等）。特別提示，回路檔案中的數據必須準確無誤、有據可查，關鍵的功能解讀必須依據報警聯鎖邏輯圖反復校對進行確認。

3.4 液（界）位儀表回路檔案編制

編制液（界）儀表回路聯校檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：終版液位計規格書，必要時查閱所在容器設備的制造總圖準確核對取源間距數據，液（界）儀表回路檔案編制模板如圖4 所示。

圖4 液（界）儀表回路檔案編制模板

通過液（界）儀表回路檔案，明確檢測的工藝對象是液位還是界位，液（界）儀表名稱、現場變送器/控制系統校驗、組態需要的數據（量程、單位、報警/聯鎖性質、報警/聯鎖設定值等）；備注項中提供的內容是對本回路關鍵參數、控制/聯鎖功能的解讀說明（如取源間距數據、雙法蘭變送器毛細管封入液密度、高壓臨氫變送器膜片鍍金、聯鎖停車功能等）。特別提示，回路檔案中的數據必須準確無誤、有據可查，關鍵的功能解讀必須依據報警聯鎖邏輯圖反復校對進行確認。

3.5 調節控制回路檔案編制

編制調節控制回路聯校檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：終版調節閥規格書、最終的制造廠選型計算書、設計提供的復雜回路說明資料等，調節控制回路檔案編制模板如圖5 所示。

圖5 調節控制回路檔案編制模板

通過調節控制回路檔案，明確氣源故障時閥門狀態（如F.C/F.O/FLO/FLC 等）；明確調節器的作用方式（如正作用/反作用）；明確復雜回路中各信號、各回路之間的功能關系、運算關系及動作結果。

3.6 DI 數字輸入信號回路檔案編制

編制DI 數字輸入信號回路聯校檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：設計提供的其他說明資料等，DI 數字輸入信號回路檔案編制模板如圖6 所示。

圖6 DI 數字輸入信號回路檔案編制模板

通過DI 數字輸入信號回路檔案，明確理清信號走向；備注項中明確各條件下接點信號的正確工作狀態以及該接點信號對應的關鍵動作結果，通過對接點信號正確工作狀態的辨識完成回路接線的調整。

3.7 DO 數字輸出信號回路檔案編制

編制DO 數字輸出信號回路聯校檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：終版切斷閥規格書、最終的制造廠選型計算書；設計提供的其他說明資料等，DO 數字輸出信號回路檔案編制模板如圖7 所示。

圖7 DO 數字輸出信號回路檔案編制模板

通過DO 數字輸出信號回路檔案，明確理清信號走向；備注項中明確各聯鎖條件下繼電器的狀態（帶電/失電）、接點輸出信號的狀態（閉合/斷開）、電磁閥工作狀態（帶電/失電）、現場閥門的動作結果（關閉/打開）以及該接點輸出信號對應的關鍵動作結果等。

3.8 PI 頻率輸入信號回路檔案編制

編制PI 頻率輸入信號回路聯校檔案需要用到的相關資料有：通用資料；專用資料：驅動機（汽輪機/液力透平）廠家提供的隨機資料（必須確定轉速檢測齒輪數目，如條件允許要實地核實該數目數據）等，PI 頻率輸入信號回路檔案編制模板如圖8 所示。

圖8 PI 頻率輸入信號回路檔案編制模板

通過PI 頻率輸入信號回路檔案，明確控制系統轉速組態量程（單位r/min），明確現場轉速檢測齒輪數目以及滿量程對應的頻率（單位Hz）數據，計算公式為：頻率=（轉速量程÷60）×轉速檢測齒輪數目，組態需要的數據（報警/聯鎖性質、報警/聯鎖設定值等），備注項中明確關鍵的回路功能等。

4 結束語

本文對自控儀表信號回路的概念進行了闡述，對自控儀表專業技術管理所需的圖紙資料收集進行了介紹，對各種類型自控儀表專業信號回路檔案的編制進行了詳細說明并給出了基本模板。

自控儀表專業信號回路檔案的編制思路及模板始于2007年中國石化800 萬噸/年海南煉化項目高壓加氫及連續重整裝置，完善并應用于2008 年中國海油1200 萬噸/年惠州煉油項目連續重整裝置，優化提升并全面驗證于2009 年至今的中國石化1000 萬噸年青島煉化項目，均取得了顯著的應用效果，全面正確地指導了施工建設期間各控制系統組態、調試以及儀表設備單校、回路聯校工作，確保了各關鍵裝置、大型機組的一次開車成功，為自控儀表設備的日常運行、維護、管理及檢維修打下了堅實技術基礎。