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魏光恩

洛陽化纖工程包括芳烴抽提、PX（對二甲苯）、PTA（對苯二甲酸）、PET（聚酯）四套裝置，它全部引進國外的成套設備，控制系統分別選用日本橫河公司的CENTUM-CS和美國HONEYWELL公司的TPS等DCS，聯鎖采用多套PLC（可編程邏輯控制器）來實現。所有裝置在2000年6月全部建成投產。我們在四個多月時間內，優質、高效地完成了所有控制系統，共一萬多個各種回路的安裝、調試任務，保證了所有裝置開工的一次成功。本文就系統調試中應注意的問題進行介紹。
◆  系統硬件功能測試
目前幾乎所有的DCS和PLC在設計中，對主要的硬件部分，象控制器、通訊網絡都采用冗余配置。當連續執行的診斷檢測到重要硬件部分故障時，自動切換到備用部分，同時將報警信息傳送到操作站上報警，一般進行冗余配置的硬件部分主要有：
(1)  控制器（CPU）及配套卡件，如電源卡、通訊卡等；
(2)  通訊網絡，如TPS系統的LCN和UCN網絡、I/O LINK電纜，CENTUM-CS系統的V網、RIO總線等；
(3)  供電單元，DCS供電均采用雙電源模塊；
(4)  重要模塊，如TPS系統的NIM（網絡接口模塊）等；
(5)  I/O卡件，對于CENTUM-CS，其每個卡件對應于單個通道，設計中無此項選擇。但對于TPS系統，每個卡件至少連接8個信號，最多連接32個，為了將單個通道故障的影響降至最小，對重要回路所在的卡件，一般選擇冗余配置。對每套系統，這些功能在設備出廠前都經過了嚴格測試，并提供了測試報告。但是設備經過長途運輸、現場施工，尤其對初次接觸DCS的使用者而言，一定要進行該項工作，一方面做到對這些功能心中有數，同時可了解硬件故障時的報警方式及信息，為以后維護中判斷和處理故障（例如在線更換卡件、模塊等）積累經驗。
◆  I/O（輸入/輸出）通道測試
在現場儀表信號連接到系統對應的通道以前，要對DCS和PLC的所有I/O通道進行測試，即回路單校，要測試的通道主要有以下幾種：
(1)  模擬輸入
要測試某一個通道，從機柜端子排相應端子上用標準儀器送入要求的信號類型（一般為4～20mA），根據設計及組態的工藝量程來判斷DCS上顯示的該點測量值是否正確，并計算出相對誤差，一般DCS測量回路要求的誤差小于0.1%。如果某一個回路不通或偏差太大，要檢查組態的通道號與送入信號的端子是否對應或檢查回路中間接線是否牢靠，對某些信號（例如熱電阻輸入），如果接線松動，可能導致顯示誤差大，最后檢查輸入卡件是否損壞。
在輸入通道測試前，要注意判斷該輸入信號的供電方式，對某些儀表（例如質量流量計），它采用外部220VAC供電方式，其輸出信號不需要通道提供24VDC電源，如果接線不正確，可能會導致卡件或模板燒毀。
(2)  模擬輸出
在信號輸出端子上連接電壓表，并從操作站該點的輸出位置改變輸出值（范圍0%～100%），檢查輸出電壓是否正確（1～5VDC）。尤其要注意，當現場控制的是風關閥（故障時閥開）時，若DCS上給出的是100%信號（即要求閥全開），對應的輸出電壓應為1VDC，0%對應的電壓為5VDC。

(3)  數字輸入輸出
對數字輸入輸出信號而言，由于這些信號在進入DCS前或從DCS輸出到現場前均經過隔離繼電器，因此，在判斷DCS上顯示信息和現場連接的觸點是否正確時，要注意檢查選用的繼電器觸點是否正確。
◆  控制回路功能測試
(1)  單回路調校
對單回路，測試時主要檢查回路的控制功能，例如正反作用方式、參數設定、測量跟蹤以及其它一些特定功能（輸出限位等），對于回路P、I、D參數設定最好在回路投用時，根據實際工藝狀況來整定。
(2)  復雜控制回路調校
化工裝置尤其PTA裝置中設計的復雜回路較多，這些回路所連接的現場儀表及控制元件很多，完成的功能千差萬別，加上調試期間現場工藝狀況均達不到實際使用條件，因此調試的難度很大，暴露出的問題也最多。這就要求參與調試人員在開始前要對工藝流程及控制原理非常清楚，對回路組態方法及過程也要熟悉，調試中要遵循以下原則：
a.要先部分再整體進行調試。即先把整個復雜回路按功能分成若干部分，先對每個部分的功能進行測試，看是否滿足要求，如果一切功能正常，再逐步將兩個塊合并起來調試，并依次類推，最后將所有模塊連接起來作為一個整體，按工藝投用順序操作，然后通過改變輸入值看回路的動作是否滿足工藝要求。
b.調試順序要從后向前，即從最后一個模塊或單回路開始，逐步向前。
c.涉及到聯鎖的控制部分要分開進行調試，控制回路調試時，要先把聯鎖條件強制為正常，最后調試聯鎖部分。
d.要充分考慮到工藝投用復雜回路的無擾動切換，這是組態過程中最容易忽略，也最重要的環節。尤其當使用較多的計算、比值等中間模塊時，由于這些模塊本身并沒有跟蹤功能，組態時要考慮這些因素，以保證回路正常使用時無擾動進行手、自動切換。
e.要充分保證工藝人員對回路操作的方便。
圖1為PTA裝置氧化反應器進料的控制回路模塊連接圖。該回路以氧化反應所需的空氣進料控制為主回路，通過比值調節，來控制反應漿料的進料量，最終達到充分反應。在調試時，首先對FIC-126、FIC-127兩個單回路進行調試，然后調試串級主回路FIC-114，中間模塊FIC-114A、FIC-126A、FIC-127A因為是不可操作模塊，不需要進行調試。但是當FIC-126和FIC-127在非串級方式下，FIC-126A和FIC-127A輸出分別跟蹤FIC-126和FIC-127回路的測量值。當這些功能調試完成后，將FIC-126、FIC-127和FIC-114均放在串級方式下，進行FY-119和FFIC-114功能塊及回路測試，其中FY-119為溫度、壓力補償模塊，它通過TI-110和PI-113的當前值來修正FI-119的測量值，在補償功能測試完成后，將FFIC-114投串級（設定值不變），待回路穩定后，通過輸入信號變化，觀察FFIC-114回路以及FIC-126、FIC-127回路輸出的變化，并最終確定比值功能是否滿足工藝要求。然后，根據輸入的不同，測試選擇模塊HS-113的功能。最后將整個回路連接起來，根據工藝正常投用順序，將回路逐步投用，并模擬輸入的變化，測試控制功能。

 
圖1  PTA裝置氧化反應器進料控制回路模塊連接圖

注意：該回路中，在FIC-114非串級方式下，一定要考慮到FFIC-114比值的輸出對其回路測量值的跟蹤功能，否則，該回路從手動切換到自動方式時，如果測量值與設定值不一致，回路輸出急劇變化將引起生產狀況的大范圍波動。
◆  聯鎖系統調試
化工裝置中，一般情況下參與聯鎖的信號多，邏輯復雜，設計中將聯鎖邏輯一般放置在大規模PLC內實現，同時，對一些重要的調節閥在故障情況下的聯鎖動作，采用PLC和DCS來共同實現，如圖2
 所示。
在設備或工藝狀況異常情況下，PLC發出聯鎖信號，使電磁閥失電，切斷調節閥氣源，使調節閥動作到安全位置；同時，PLC將聯鎖信號送到DCS中，通過內部邏輯使該回路輸出為0%或100%，同樣達到安全聯鎖的目的，從而實現安全聯鎖的雙保險。

 
圖2  聯鎖邏輯控制原理圖

化工裝置所包含的工藝過程及轉動設備很多，就每臺設備或工藝過程而言，都設計有自己相對獨立的聯鎖邏輯，但就整個裝置而言，聯鎖是一個整體，當某一部分聯鎖動作時，可能會導致另一個或多個聯鎖動作，可以說幾乎所有的聯鎖部分都交織在一起。因此，聯鎖調試過程中，如果方法不當，不但會大大增加調試時間，而且極易造成條件遺漏，甚至當涉及的條件和邏輯塊較多時，調試人員將不知從何下手。通過這幾套聯鎖系統的調試，我們認為要遵循以下原則：
(1)  以設備或工藝過程為單位，將裝置聯鎖劃分為若干部分，并逐個進行調試，將來自于另一個聯鎖部分作為輸入目的信號（可能是上一個聯鎖部分的輸出信號），且作為一個普通信號進行處理，其狀態變化所涉及的輸入條件不隨該聯鎖部分進行調校。輸入輸出給信號或測量也要在隔離繼電器后面的端子排上進行。對重要的聯鎖條件，一般設計有旁路開關，旁路功能也要一并測試。
(2)  測試前要通過信號線短接、模塊強制、信號旁路等手段，先模擬設備或工藝過程的正常運行狀況，然后逐個條件進行測試，要注意判斷輸出信號與現場要求的聯鎖信號是否一致。
 (3)  對于轉動設備的控制，例如泵、機組等，啟動或停止命令要先送到MCC（電氣控制中心），控制變頻器動作。由于儀表控制和電氣控制部分屬兩個專業，設計不是一個部門完成。測試中一定要注意信號連接的位置以及信號線上標注的位號是否一致（便于以后查找故障），這方面出現的錯誤最多。另外要注意信號的類型，對大部分轉動設備而言，控制系統發出的啟動命令是一個觸點閉合信號，裝置聯鎖時觸點斷開；但是另外有一些設備，啟動命令是一個脈沖信號，輸出的高電平信號僅持續幾秒鐘時間，停止命令通過另一組觸點來完成，調試中要和電氣人員結合，看兩邊選擇的信號類型是否一致。