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魏光恩

洛陽化纖工程包括芳烴抽提、PX（對(duì)二甲苯）、PTA（對(duì)苯二甲酸）、PET（聚酯）四套裝置，它全部引進(jìn)國外的成套設(shè)備，控制系統(tǒng)分別選用日本橫河公司的CENTUM-CS和美國HONEYWELL公司的TPS等DCS，聯(lián)鎖采用多套PLC（可編程邏輯控制器）來實(shí)現(xiàn)。所有裝置在2000年6月全部建成投產(chǎn)。我們?cè)谒膫€(gè)多月時(shí)間內(nèi)，優(yōu)質(zhì)、高效地完成了所有控制系統(tǒng)，共一萬多個(gè)各種回路的安裝、調(diào)試任務(wù)，保證了所有裝置開工的一次成功。本文就系統(tǒng)調(diào)試中應(yīng)注意的問題進(jìn)行介紹。
◆  系統(tǒng)硬件功能測試
目前幾乎所有的DCS和PLC在設(shè)計(jì)中，對(duì)主要的硬件部分，象控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)都采用冗余配置。當(dāng)連續(xù)執(zhí)行的診斷檢測到重要硬件部分故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用部分，同時(shí)將報(bào)警信息傳送到操作站上報(bào)警，一般進(jìn)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(wǎng)絡(luò)，如TPS系統(tǒng)的LCN和UCN網(wǎng)絡(luò)、I/O LINK電纜，CENTUM-CS系統(tǒng)的V網(wǎng)、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(tǒng)的NIM（網(wǎng)絡(luò)接口模塊）等；
(5)  I/O卡件，對(duì)于CENTUM-CS，其每個(gè)卡件對(duì)應(yīng)于單個(gè)通道，設(shè)計(jì)中無此項(xiàng)選擇。但對(duì)于TPS系統(tǒng)，每個(gè)卡件至少連接8個(gè)信號(hào)，最多連接32個(gè)，為了將單個(gè)通道故障的影響降至最小，對(duì)重要回路所在的卡件，一般選擇冗余配置。對(duì)每套系統(tǒng)，這些功能在設(shè)備出廠前都經(jīng)過了嚴(yán)格測試，并提供了測試報(bào)告。但是設(shè)備經(jīng)過長途運(yùn)輸、現(xiàn)場施工，尤其對(duì)初次接觸DCS的使用者而言，一定要進(jìn)行該項(xiàng)工作，一方面做到對(duì)這些功能心中有數(shù)，同時(shí)可了解硬件故障時(shí)的報(bào)警方式及信息，為以后維護(hù)中判斷和處理故障（例如在線更換卡件、模塊等）積累經(jīng)驗(yàn)。
◆  I/O（輸入/輸出）通道測試
在現(xiàn)場儀表信號(hào)連接到系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的通道以前，要對(duì)DCS和PLC的所有I/O通道進(jìn)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(gè)通道，從機(jī)柜端子排相應(yīng)端子上用標(biāo)準(zhǔn)儀器送入要求的信號(hào)類型（一般為4～20mA），根據(jù)設(shè)計(jì)及組態(tài)的工藝量程來判斷DCS上顯示的該點(diǎn)測量值是否正確，并計(jì)算出相對(duì)誤差，一般DCS測量回路要求的誤差小于0.1%。如果某一個(gè)回路不通或偏差太大，要檢查組態(tài)的通道號(hào)與送入信號(hào)的端子是否對(duì)應(yīng)或檢查回路中間接線是否牢靠，對(duì)某些信號(hào)（例如熱電阻輸入），如果接線松動(dòng)，可能導(dǎo)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(hào)的供電方式，對(duì)某些儀表（例如質(zhì)量流量計(jì)），它采用外部220VAC供電方式，其輸出信號(hào)不需要通道提供24VDC電源，如果接線不正確，可能會(huì)導(dǎo)致卡件或模板燒毀。
(2)  模擬輸出
在信號(hào)輸出端子上連接電壓表，并從操作站該點(diǎn)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(dāng)現(xiàn)場控制的是風(fēng)關(guān)閥（故障時(shí)閥開）時(shí)，若DCS上給出的是100%信號(hào)（即要求閥全開），對(duì)應(yīng)的輸出電壓應(yīng)為1VDC，0%對(duì)應(yīng)的電壓為5VDC。

(3)  數(shù)字輸入輸出
對(duì)數(shù)字輸入輸出信號(hào)而言，由于這些信號(hào)在進(jìn)入DCS前或從DCS輸出到現(xiàn)場前均經(jīng)過隔離繼電器，因此，在判斷DCS上顯示信息和現(xiàn)場連接的觸點(diǎn)是否正確時(shí)，要注意檢查選用的繼電器觸點(diǎn)是否正確。
◆  控制回路功能測試
(1)  單回路調(diào)校
對(duì)單回路，測試時(shí)主要檢查回路的控制功能，例如正反作用方式、參數(shù)設(shè)定、測量跟蹤以及其它一些特定功能（輸出限位等），對(duì)于回路P、I、D參數(shù)設(shè)定最好在回路投用時(shí)，根據(jù)實(shí)際工藝狀況來整定。
(2)  復(fù)雜控制回路調(diào)校
化工裝置尤其PTA裝置中設(shè)計(jì)的復(fù)雜回路較多，這些回路所連接的現(xiàn)場儀表及控制元件很多，完成的功能千差萬別，加上調(diào)試期間現(xiàn)場工藝狀況均達(dá)不到實(shí)際使用條件，因此調(diào)試的難度很大，暴露出的問題也最多。這就要求參與調(diào)試人員在開始前要對(duì)工藝流程及控制原理非常清楚，對(duì)回路組態(tài)方法及過程也要熟悉，調(diào)試中要遵循以下原則：
a.要先部分再整體進(jìn)行調(diào)試。即先把整個(gè)復(fù)雜回路按功能分成若干部分，先對(duì)每個(gè)部分的功能進(jìn)行測試，看是否滿足要求，如果一切功能正常，再逐步將兩個(gè)塊合并起來調(diào)試，并依次類推，最后將所有模塊連接起來作為一個(gè)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(dòng)作是否滿足工藝要求。
b.調(diào)試順序要從后向前，即從最后一個(gè)模塊或單回路開始，逐步向前。
c.涉及到聯(lián)鎖的控制部分要分開進(jìn)行調(diào)試，控制回路調(diào)試時(shí)，要先把聯(lián)鎖條件強(qiáng)制為正常，最后調(diào)試聯(lián)鎖部分。
d.要充分考慮到工藝投用復(fù)雜回路的無擾動(dòng)切換，這是組態(tài)過程中最容易忽略，也最重要的環(huán)節(jié)。尤其當(dāng)使用較多的計(jì)算、比值等中間模塊時(shí)，由于這些模塊本身并沒有跟蹤功能，組態(tài)時(shí)要考慮這些因素，以保證回路正常使用時(shí)無擾動(dòng)進(jìn)行手、自動(dòng)切換。
e.要充分保證工藝人員對(duì)回路操作的方便。
圖1為PTA裝置氧化反應(yīng)器進(jìn)料的控制回路模塊連接圖。該回路以氧化反應(yīng)所需的空氣進(jìn)料控制為主回路，通過比值調(diào)節(jié)，來控制反應(yīng)漿料的進(jìn)料量，最終達(dá)到充分反應(yīng)。在調(diào)試時(shí)，首先對(duì)FIC-126、FIC-127兩個(gè)單回路進(jìn)行調(diào)試，然后調(diào)試串級(jí)主回路FIC-114，中間模塊FIC-114A、FIC-126A、FIC-127A因?yàn)槭遣豢刹僮髂K，不需要進(jìn)行調(diào)試。但是當(dāng)FIC-126和FIC-127在非串級(jí)方式下，F(xiàn)IC-126A和FIC-127A輸出分別跟蹤FIC-126和FIC-127回路的測量值。當(dāng)這些功能調(diào)試完成后，將FIC-126、FIC-127和FIC-114均放在串級(jí)方式下，進(jìn)行FY-119和FFIC-114功能塊及回路測試，其中FY-119為溫度、壓力補(bǔ)償模塊，它通過TI-110和PI-113的當(dāng)前值來修正FI-119的測量值，在補(bǔ)償功能測試完成后，將FFIC-114投串級(jí)（設(shè)定值不變），待回路穩(wěn)定后，通過輸入信號(hào)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(jù)輸入的不同，測試選擇模塊HS-113的功能。最后將整個(gè)回路連接起來，根據(jù)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(yīng)器進(jìn)料控制回路模塊連接圖

注意：該回路中，在FIC-114非串級(jí)方式下，一定要考慮到FFIC-114比值的輸出對(duì)其回路測量值的跟蹤功能，否則，該回路從手動(dòng)切換到自動(dòng)方式時(shí)，如果測量值與設(shè)定值不一致，回路輸出急劇變化將引起生產(chǎn)狀況的大范圍波動(dòng)。
◆  聯(lián)鎖系統(tǒng)調(diào)試
化工裝置中，一般情況下參與聯(lián)鎖的信號(hào)多，邏輯復(fù)雜，設(shè)計(jì)中將聯(lián)鎖邏輯一般放置在大規(guī)模PLC內(nèi)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，對(duì)一些重要的調(diào)節(jié)閥在故障情況下的聯(lián)鎖動(dòng)作，采用PLC和DCS來共同實(shí)現(xiàn)，如圖2
 所示。
在設(shè)備或工藝狀況異常情況下，PLC發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)，使電磁閥失電，切斷調(diào)節(jié)閥氣源，使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作到安全位置；同時(shí)，PLC將聯(lián)鎖信號(hào)送到DCS中，通過內(nèi)部邏輯使該回路輸出為0%或100%，同樣達(dá)到安全聯(lián)鎖的目的，從而實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖的雙保險(xiǎn)。

 
圖2  聯(lián)鎖邏輯控制原理圖

化工裝置所包含的工藝過程及轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備很多，就每臺(tái)設(shè)備或工藝過程而言，都設(shè)計(jì)有自己相對(duì)獨(dú)立的聯(lián)鎖邏輯，但就整個(gè)裝置而言，聯(lián)鎖是一個(gè)整體，當(dāng)某一部分聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)或多個(gè)聯(lián)鎖動(dòng)作，可以說幾乎所有的聯(lián)鎖部分都交織在一起。因此，聯(lián)鎖調(diào)試過程中，如果方法不當(dāng)，不但會(huì)大大增加調(diào)試時(shí)間，而且極易造成條件遺漏，甚至當(dāng)涉及的條件和邏輯塊較多時(shí)，調(diào)試人員將不知從何下手。通過這幾套聯(lián)鎖系統(tǒng)的調(diào)試，我們認(rèn)為要遵循以下原則：
(1)  以設(shè)備或工藝過程為單位，將裝置聯(lián)鎖劃分為若干部分，并逐個(gè)進(jìn)行調(diào)試，將來自于另一個(gè)聯(lián)鎖部分作為輸入目的信號(hào)（可能是上一個(gè)聯(lián)鎖部分的輸出信號(hào)），且作為一個(gè)普通信號(hào)進(jìn)行處理，其狀態(tài)變化所涉及的輸入條件不隨該聯(lián)鎖部分進(jìn)行調(diào)校。輸入輸出給信號(hào)或測量也要在隔離繼電器后面的端子排上進(jìn)行。對(duì)重要的聯(lián)鎖條件，一般設(shè)計(jì)有旁路開關(guān)，旁路功能也要一并測試。
(2)  測試前要通過信號(hào)線短接、模塊強(qiáng)制、信號(hào)旁路等手段，先模擬設(shè)備或工藝過程的正常運(yùn)行狀況，然后逐個(gè)條件進(jìn)行測試，要注意判斷輸出信號(hào)與現(xiàn)場要求的聯(lián)鎖信號(hào)是否一致。
 (3)  對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的控制，例如泵、機(jī)組等，啟動(dòng)或停止命令要先送到MCC（電氣控制中心），控制變頻器動(dòng)作。由于儀表控制和電氣控制部分屬兩個(gè)專業(yè)，設(shè)計(jì)不是一個(gè)部門完成。測試中一定要注意信號(hào)連接的位置以及信號(hào)線上標(biāo)注的位號(hào)是否一致（便于以后查找故障），這方面出現(xiàn)的錯(cuò)誤最多。另外要注意信號(hào)的類型，對(duì)大部分轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備而言，控制系統(tǒng)發(fā)出的啟動(dòng)命令是一個(gè)觸點(diǎn)閉合信號(hào)，裝置聯(lián)鎖時(shí)觸點(diǎn)斷開；但是另外有一些設(shè)備，啟動(dòng)命令是一個(gè)脈沖信號(hào)，輸出的高電平信號(hào)僅持續(xù)幾秒鐘時(shí)間，停止命令通過另一組觸點(diǎn)來完成，調(diào)試中要和電氣人員結(jié)合，看兩邊選擇的信號(hào)類型是否一致。