陳方飛

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

0 引 言

油氣化工生產(chǎn)現(xiàn)場的中控系統(tǒng)一般由過程控制系統(tǒng)、緊急關(guān)斷系統(tǒng)組成。緊急關(guān)斷系統(tǒng)的作用是出現(xiàn)異常不可控因素時，可實現(xiàn)對設(shè)備或流程的隔離泄壓，以確保人員、設(shè)備的安全。緊急關(guān)斷系統(tǒng)控制層面獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，但可通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)與過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)通信，在過程控制系統(tǒng)上位機(jī)上對監(jiān)測數(shù)據(jù)與報警信息進(jìn)行顯示。油氣化工生產(chǎn)現(xiàn)場在流程關(guān)鍵部位設(shè)置2臺變送器，其中一臺用于緊急關(guān)斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測，另一臺用于過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測。若傳送至過程控制系統(tǒng)的壓力變送器出現(xiàn)異常，調(diào)節(jié)閥則會異常開大或關(guān)小，直接導(dǎo)致容器壓力下降或升高。此時的壓力異常下降或升高被處于正常工作狀態(tài)的壓力變送器監(jiān)測將數(shù)據(jù)傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng)，導(dǎo)致生產(chǎn)異常關(guān)停；若傳送至緊急關(guān)斷系統(tǒng)壓力變送器出現(xiàn)異常，當(dāng)真實壓力異常下降或升高已經(jīng)達(dá)到高高、低低設(shè)定值時卻不能實現(xiàn)關(guān)斷，流程異常該關(guān)斷時卻不能實現(xiàn)關(guān)斷保護(hù)，安全環(huán)保風(fēng)險極高。

1 解決思路

為解決上述在生產(chǎn)過程中發(fā)生過的變送器監(jiān)測數(shù)據(jù)異常問題，保證流程安全穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實際情況，從不增加新設(shè)備的成本支出出發(fā)，提出了解決思路，利用變送器自身數(shù)據(jù)循環(huán)對比或2臺變送器之間數(shù)據(jù)差值比較，設(shè)定相應(yīng)的報警值輸出報警，達(dá)到預(yù)警的目的。針對2種解決方案，進(jìn)行對比分析。

1.1 數(shù)據(jù)循環(huán)對比

流程穩(wěn)定運(yùn)行，變送器無異常時，監(jiān)測流程參數(shù)的波動處于一定范圍之內(nèi)，即單位時間內(nèi)參數(shù)的變化幅度不會過大。因現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)是在一定范圍內(nèi)波動的，正常時亦不存在數(shù)據(jù)固定不變?；诖爽F(xiàn)象，現(xiàn)場技術(shù)人員利用系統(tǒng)本身運(yùn)算能力，單個數(shù)據(jù)監(jiān)測點數(shù)據(jù)自身循環(huán)比較，如以10s為單位，計算變送器回傳數(shù)據(jù)10s內(nèi)增量，若該增量異常高或低時觸發(fā)報警，提示值班人員對現(xiàn)場變送器進(jìn)行檢查核對，起到預(yù)警作用。

1.2 差值變化監(jiān)測

變送器在正常工作的情況下，同一監(jiān)測點位的2臺變送器數(shù)據(jù)幾乎相同或者變化趨勢完全一致(圖1)，即數(shù)據(jù)趨勢同時上升或同時下降；當(dāng)其中一個變送器出現(xiàn)問題時，則會出現(xiàn)2臺變送器數(shù)據(jù)差值擴(kuò)大，趨勢不能實現(xiàn)同時上升或下降(圖2)。據(jù)此利用同一監(jiān)測點的2臺變送器差值超過某一正常值后輸出報警，提示值班人員及時告知技術(shù)人員進(jìn)行故障排查，從而提前預(yù)防相關(guān)高風(fēng)險事件發(fā)生。這樣就可以建立變送器自身故障預(yù)警系統(tǒng)，有效防范事態(tài)擴(kuò)大。

圖1 變送器正常時差值恒定Fig.1 Data difference is constant when transmitteris normal

圖2 變送器異常時差值擴(kuò)大Fig.2 Data difference fluctuates obviously when transmitter is abnormal

1.3 方案對比

通過分析2個方案進(jìn)行對比。方案1中數(shù)值循環(huán)比較，需針對單個點進(jìn)行邏輯組態(tài)，工作量較大，對服務(wù)器的負(fù)荷增加較大，并且在緊急關(guān)斷系統(tǒng)中進(jìn)行該功能組態(tài)，與其靜態(tài)、安全的設(shè)計原則有所相悖；方案2中的差值對比法，2組變送器為1組，降低了組態(tài)工作量，且差值運(yùn)算邏輯可以通過過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)，對緊急關(guān)斷系統(tǒng)不進(jìn)行控制層面的修改，不影響其安全性。綜上認(rèn)為，方案2更適用于生產(chǎn)現(xiàn)場。

2 可行性研究

2.1 差值運(yùn)算

下文以某油田現(xiàn)場所使用的過程控制系統(tǒng)(Honeywell Process Knowledge System，下文簡稱PKS系統(tǒng))與緊急關(guān)斷系統(tǒng)(Honeywell Safety Manger，下文簡稱SM系統(tǒng))為例進(jìn)行闡述。

PKS系統(tǒng)組態(tài)軟件為Configure studio，對其組態(tài)功能進(jìn)行確認(rèn)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)差值運(yùn)算。因差值監(jiān)測為兩變送器實時數(shù)據(jù)的差值，實際工況中，A-B有可能出現(xiàn)負(fù)值，故需要組態(tài)功能能夠?qū)崿F(xiàn)取絕對值運(yùn)算。如圖3所示，進(jìn)入control builder界面，確認(rèn)AUXCALA模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)值運(yùn)算，并且能夠執(zhí)行取絕對值運(yùn)算。確認(rèn)PKS 系統(tǒng)滿足預(yù)警功能并實現(xiàn)需求的運(yùn)算功能。

圖3 PKS系統(tǒng)中邏輯運(yùn)算模塊Fig.3 Logical operation module in PKS system

2.2 數(shù)據(jù)通信

為了實現(xiàn)差值預(yù)警，需要將SM系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)引入PKS系統(tǒng)中的控制層面，實現(xiàn)數(shù)值運(yùn)算與邏輯組態(tài)。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)OPC協(xié)議可以解決不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信問題。OPC全稱是Object Linking and Embedding(OLE)for Process Control，它可以為不同廠家、不同類型的控制應(yīng)用建立通信橋梁，而所使用的過程知識系統(tǒng)(PKS)中的Experion OPC Integrator功能即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個系統(tǒng)之間進(jìn)行傳輸。另外，針對該功能，資料提示不可使用該功能傳輸安全或關(guān)鍵任務(wù)信息，差值報警為預(yù)警功能，不屬于建議不使用的范疇。

2.3 系統(tǒng)負(fù)荷

利用OPC Integrator功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，會在一定程度上增加服務(wù)器運(yùn)行負(fù)荷。對增加差值預(yù)警需求的點位進(jìn)行統(tǒng)計，共20組。技術(shù)人員確認(rèn)，該數(shù)量點位通信對服務(wù)器負(fù)荷增加較小，在許可范圍內(nèi)。

2.4 主要風(fēng)險

修改后邏輯在下裝至控制器時存在一定風(fēng)險。如下裝過程中如出現(xiàn)錯誤、下裝失敗，現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥失去控制、無法調(diào)節(jié)，流程將出現(xiàn)無法控制的現(xiàn)象，存在安全風(fēng)險。

針對上述風(fēng)險，制定相應(yīng)風(fēng)險控制措施。下裝過程中現(xiàn)場工藝人員值守，中控人員加密關(guān)注流程參數(shù)，及時溝通現(xiàn)場進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，保證流程穩(wěn)定。技術(shù)人員做好組態(tài)并交叉檢查，調(diào)整好作業(yè)窗口，減少流程手動控制時間。另外做好下裝時出錯失敗的應(yīng)急措施：如出現(xiàn)下裝失敗、無法控制的現(xiàn)象，立即刪除所有新增模塊后保存修改，再次重新下裝，恢復(fù)系統(tǒng)修改前狀態(tài)，保證系統(tǒng)能夠正常調(diào)節(jié)控制。主要作業(yè)風(fēng)險體現(xiàn)在下裝過程中，針對該風(fēng)險制定相應(yīng)預(yù)控措施后，風(fēng)險在可控范圍內(nèi)。

如上分析所得，利用OPC Integrator 功能將緊急關(guān)斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)引至過程控制系統(tǒng)，與同一監(jiān)測位置過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值比較，實現(xiàn)中控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常預(yù)警方案可行。

3 方案實施

3.1 OPC通信組態(tài)

在PKS系統(tǒng)中建立OPC通信組，將SM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)引入PKS系統(tǒng)(圖4)。

圖4 OPC通信組態(tài)Fig.4 OPC communication configuration

3.2 差值報警邏輯組態(tài)

在PKS系統(tǒng)中利用組態(tài)軟件對變送器差值運(yùn)算邏輯進(jìn)行組態(tài)，并組態(tài)報警輸出(圖5)。

圖5 差值運(yùn)算與報警組態(tài)Fig.5 Difference operation and alarm configuration

3.3 功能測試

對組態(tài)完成的模塊進(jìn)行下裝并激活。下裝后測試報警功能正常實現(xiàn)，ALARMS SUMMARY有報警記錄顯示(圖6)。至此，中控監(jiān)測數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能實現(xiàn)。

圖6 上位機(jī)顯示差值報警Fig.6 Differential alarm display

4 總 結(jié)

中控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常預(yù)警功能的實現(xiàn)，在流程關(guān)鍵點位監(jiān)測設(shè)備(壓力變送器、液位變送器)出現(xiàn)故障或工況異常時，能夠即時觸發(fā)報警并顯示詳細(xì)報警信息，提醒值班人員通知相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行檢查處理，可有效規(guī)避儀控元件故障而引發(fā)的生產(chǎn)損失、設(shè)備損壞或者安全生產(chǎn)事故。另外，OPC技術(shù)在油氣化工生產(chǎn)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，本文成果為變送器故障預(yù)警提供了有效的解決方案。