【摘要】煉化裝置開(kāi)工前必須進(jìn)行聯(lián)鎖試驗(yàn)。傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法是從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出模擬信號(hào)判斷聯(lián)鎖回路硬軟件和邏輯是否功能正常，但對(duì)于復(fù)雜聯(lián)鎖，試驗(yàn)耗時(shí)費(fèi)力，往往延誤開(kāi)工時(shí)間。利用智能儀表管理系統(tǒng)（PRM）從室內(nèi)發(fā)出HART信號(hào)進(jìn)行同樣的聯(lián)鎖回路測(cè)試能完全保證試驗(yàn)質(zhì)量，不但方便快捷，而且安全可靠。

【關(guān)鍵詞】聯(lián)鎖試驗(yàn)方法；改進(jìn)；PRM

煉油化工行業(yè)是高危行業(yè)，以連續(xù)化、自動(dòng)化為其主要特點(diǎn)，因而在工藝過(guò)程中，局部的、瞬態(tài)的不正常生產(chǎn)狀態(tài)往往會(huì)引起大范圍的、嚴(yán)重的后果。同時(shí)，為取得高經(jīng)濟(jì)效益和低能耗，溫度、壓力、物料成分等工藝參數(shù)越來(lái)越接近臨界狀態(tài)，因此工藝參數(shù)一旦越限，便極易導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，煉化裝置把信號(hào)聯(lián)鎖裝置作為自動(dòng)監(jiān)視并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的一種重要的技術(shù)手段，控制生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，降低事故危害。

聯(lián)鎖回路有硬軟件變更或長(zhǎng)時(shí)間停工后投用都要進(jìn)行聯(lián)鎖試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件和邏輯正確。小到單臺(tái)儀表或閥門(mén)的更換，大到裝置停工大檢修后開(kāi)工，都要進(jìn)行聯(lián)鎖測(cè)試。因此，聯(lián)鎖試驗(yàn)是非常關(guān)鍵的工作。

但新型煉油化工裝置的聯(lián)鎖邏輯都較復(fù)雜，涉及到的儀表數(shù)量大，例如加氫裂化裝置共有聯(lián)鎖回路191個(gè)，制氫裝置“轉(zhuǎn)化爐燃燒聯(lián)鎖”一個(gè)聯(lián)鎖就涉及現(xiàn)場(chǎng)儀表18臺(tái)（最少需要7臺(tái)信號(hào)發(fā)生器同時(shí)工作），一次試驗(yàn)要20名測(cè)試員同時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)。增加了聯(lián)鎖試驗(yàn)的工作量和難度。尤其是裝置臨時(shí)停工的情況下，全裝置聯(lián)鎖試驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)（制氫裝置一次完整聯(lián)鎖試驗(yàn)需要加班4天完成）直接影響迅速恢復(fù)開(kāi)工。像獨(dú)山子石化這樣的大型企業(yè)，晚開(kāi)工一天，其經(jīng)濟(jì)損失都是十分巨大的。聯(lián)鎖試驗(yàn)效率正成為制約煉化裝置的瓶頸問(wèn)題。

1.傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗(yàn)方法

一個(gè)完整的聯(lián)鎖回路由以下設(shè)備組成，探頭檢測(cè)到過(guò)程量，將物理信號(hào)傳給變送器，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)（4～20mA），通過(guò)電纜傳輸?shù)絻x表室內(nèi)的安全柵進(jìn)行信號(hào)隔離，然后模擬量信號(hào)被DCS（或SIS、PLC等控制系統(tǒng)）卡件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，DCS控制器根據(jù)聯(lián)鎖邏輯對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和判斷，將結(jié)果分別輸送到現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)和DCS操作站。裝置工藝操作人員可以通過(guò)操作站對(duì)DCS控制器對(duì)聯(lián)鎖邏輯的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行干預(yù)。聯(lián)鎖回路構(gòu)成如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗(yàn)方法結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗(yàn)是從變送器后開(kāi)始的，因?yàn)樘筋^與過(guò)程介質(zhì)接觸所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)是非標(biāo)準(zhǔn)的，如毫伏、頻率、脈沖等，很難模擬；而且有些儀表將探頭和變送器制作成一體。這部分儀表由拆檢校驗(yàn)來(lái)確定其準(zhǔn)確性，不在聯(lián)鎖試驗(yàn)范圍內(nèi)考慮。除此之外，聯(lián)鎖回路的其它硬件和軟件都得到了測(cè)試。

試驗(yàn)時(shí)要到現(xiàn)場(chǎng)儀表所在位置，將變送器輸出電纜解開(kāi)，由模擬信號(hào)發(fā)生器根據(jù)試驗(yàn)步驟輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。因此，一個(gè)聯(lián)鎖邏輯有多少個(gè)輸入條件，就需要相應(yīng)數(shù)量的模擬信號(hào)發(fā)生器和試驗(yàn)員構(gòu)成一個(gè)完整的試驗(yàn)環(huán)境（閥門(mén)處還需要更多的試驗(yàn)員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)）。

各輸入條件的變化需要通過(guò)通訊器材統(tǒng)一指揮試驗(yàn)員們相互配合完成。

2.PRM功能

PRM是橫河公司開(kāi)發(fā)的基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（HART）的儀表設(shè)備管理系統(tǒng)軟件包，與橫河DCS配套使用的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表遠(yuǎn)程維護(hù)和預(yù)測(cè)維護(hù)的平臺(tái)。本文以橫河公司產(chǎn)品為例，目前市場(chǎng)上主流的DCS廠家都有與之配套的儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（AMS）軟件包，雖然名稱(chēng)各不相同，但功能類(lèi)似。

PRM借用DCS硬件信道傳輸現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的所有數(shù)字信號(hào)，通信路線如圖2所示。

圖2 DCS儀表進(jìn)PRM網(wǎng)絡(luò)柘樸圖

一個(gè)裝置的儀表除了與DCS通信外，還有與SIS、PLC構(gòu)成系統(tǒng)的儀表，而且這些儀表往往擔(dān)負(fù)著裝置安全保護(hù)職能，因此，將這些儀表納入PRM管理非常必要。

其它控制系統(tǒng)儀表的HART信號(hào)進(jìn)PRM可以通過(guò)HART多路器實(shí)現(xiàn)連通。通信路線如圖3所示。

圖3 SIS儀表進(jìn)PRM網(wǎng)絡(luò)柘樸圖

傳統(tǒng)DCS只能得到現(xiàn)場(chǎng)儀表的模擬測(cè)量值一個(gè)數(shù)據(jù)，儀表維護(hù)人員只能憑借主觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷故障源，處理故障，屬被動(dòng)維護(hù)，巡檢內(nèi)容只能是儀表外觀。

有了PRM，能同時(shí)得到幾十個(gè)甚至上百個(gè)儀表內(nèi)部數(shù)據(jù)，包括儀表自身的健康狀態(tài)、儀表基本信息、儀表功能設(shè)置參數(shù)、儀表報(bào)警信息等。PRM系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)集中到服務(wù)器上，集中顯示、存儲(chǔ)、分析、輸出。使用人員可以方便地在PRM客戶端實(shí)時(shí)地監(jiān)視和控制現(xiàn)場(chǎng)儀表的內(nèi)部參數(shù)，可以詳細(xì)顯示儀表的具體運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障苗頭，提前制訂檢維修計(jì)劃，在出現(xiàn)故障前就處理掉，排除對(duì)工藝操作產(chǎn)生影響的可能性，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

3.智能變送器的強(qiáng)制輸出功能

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成了CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行和串行接口、看門(mén)狗、前置放大器甚至A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等電路在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路芯片（即單片機(jī)）出現(xiàn)了。以單片機(jī)為主體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，又組成了所謂的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)”，也就是智能儀表。

智能儀表具有以下功能特點(diǎn)：

①操作自動(dòng)化。儀表的整個(gè)測(cè)量過(guò)程全部自動(dòng)化。

②具有自測(cè)功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動(dòng)檢測(cè)出故障的部位甚至故障的原因。這種自測(cè)試可以在儀表啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行，同時(shí)也可在儀器工作中運(yùn)行，極大地方便了儀器的維護(hù)。

③具有數(shù)據(jù)處理功能，這是智能儀器的主要優(yōu)點(diǎn)之一。智能儀表由于采用了單片機(jī)或微控制器，使得許多原來(lái)用硬件邏輯難以解決或根本無(wú)法解決的問(wèn)題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。

④具有友好的人機(jī)對(duì)話能力。智能儀表通過(guò)顯示屏將運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí)告訴操作人員，使儀表的操作更加方便直觀。

⑤具有可程控操作能力。一般智能儀表都配有FF、HART或RS485等標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，可以很方便地與PC機(jī)和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)完成更復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。

改進(jìn)的聯(lián)鎖試驗(yàn)方法正是利用了③的強(qiáng)制輸出功能。例如羅斯蒙特3051變送器的自檢測(cè)，Divice Setup——Diagnostics And Service——Test Divice——Self Test.可以使變送器對(duì)外輸出用戶指定的毫安值，實(shí)現(xiàn)信號(hào)模擬功能。

4.新聯(lián)鎖試驗(yàn)方法

試驗(yàn)員在室內(nèi)從PRM服務(wù)器上發(fā)出HART控制指令，讓變送器輸出強(qiáng)制信號(hào)（如4mA、8mA、12mA、16mA、20mA等），HART信號(hào)傳輸路徑如圖4中“∽”符號(hào)表示。變送器的電流信號(hào)輸出就跟傳統(tǒng)聯(lián)鎖試驗(yàn)方法中走過(guò)的路徑一樣了。

復(fù)雜的聯(lián)鎖回路的多個(gè)輸入儀表可以從PRM服務(wù)器上同時(shí)發(fā)出強(qiáng)制指令。不再需要模擬信號(hào)發(fā)生器，也不需要那么多通訊器材來(lái)協(xié)調(diào)多名試驗(yàn)員輸出不同信號(hào)。閥門(mén)動(dòng)作結(jié)果也可以從PRM看到。

圖4 新聯(lián)鎖試驗(yàn)方法結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)比圖1和圖4可以看出，試驗(yàn)所用的模擬信號(hào)走過(guò)的路徑完全相同，甚至還多測(cè)試了變送器的輸出功能。因此可以保證新試驗(yàn)方法滿足傳統(tǒng)方法對(duì)信號(hào)通路和邏輯測(cè)試質(zhì)量要求，不存在方法偏差。

這種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）消除了電纜虛接的隱患。傳統(tǒng)方法中解開(kāi)電纜試驗(yàn)后，重新接線這一步驟是試驗(yàn)之外的動(dòng)作，其工作質(zhì)量沒(méi)有保證措施，在這個(gè)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的電纜虛接問(wèn)題將造成聯(lián)鎖誤動(dòng)作。

（2）節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間。制氫裝置用傳統(tǒng)方法需要40多小時(shí)，新方法只要6小時(shí)。

（3）節(jié)省了人力。無(wú)論試驗(yàn)多復(fù)雜的聯(lián)鎖邏輯，只要3人就能完成（一人指揮，一人記錄，一人操作PRM），使試驗(yàn)員完全擺脫了現(xiàn)場(chǎng)約束。

（4）節(jié)省了器材限制。不再有通訊對(duì)講設(shè)備和模擬信號(hào)發(fā)生器的需求。

（5）消除了模擬信號(hào)發(fā)生器的誤差。

（6）信號(hào)傳輸過(guò)程中的噪聲干擾并不會(huì)對(duì)聯(lián)鎖試驗(yàn)造成影響。這是因?yàn)镠ART信號(hào)的信道是借用DCS模擬量的硬件通路，如果有干擾，先影響模擬量顯示和輸出，會(huì)提前暴露出來(lái)的；HART數(shù)字信號(hào)執(zhí)行是原子操作，信號(hào)和指令不完整就不執(zhí)行；聯(lián)鎖試驗(yàn)都是在離線條件下進(jìn)行了，即使指令錯(cuò)誤還可以重試。

5.結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家倡導(dǎo)把經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)轉(zhuǎn)變到依靠技術(shù)進(jìn)步、員工素質(zhì)提高和管理創(chuàng)新上來(lái)，利用PRM（或AMS）的改進(jìn)聯(lián)鎖試驗(yàn)方法的成功經(jīng)驗(yàn)正是利用先進(jìn)技術(shù)手段提高生產(chǎn)效率的典型案例，聯(lián)鎖測(cè)試員的工作重點(diǎn)從跑現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭炀殤?yīng)用智能儀表的HART功能上來(lái)，企業(yè)從制度上進(jìn)行技術(shù)規(guī)范的修訂后，使取得的技術(shù)成果固化為標(biāo)準(zhǔn)做法。

這只是PRM應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，還有儀表伴熱溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、獲取調(diào)節(jié)閥閥位反饋的軟測(cè)量等都已成熟應(yīng)用了。隨著PRM系統(tǒng)功能的不斷開(kāi)發(fā)投用，必然會(huì)有更多的應(yīng)用成果給企業(yè)帶來(lái)效益增長(zhǎng)。

作者簡(jiǎn)介：高智泉（1973—），男，高級(jí)工程師，主要從事儀表運(yùn)行和安全管理工作。