仪表维护中模拟量的常见故障分析

何晓云 肖琦

摘要：本文针对延安石油化工厂120万吨/年重整、140万吨/年柴油加氢、20万吨/年聚丙烯、汽柴油精制等主装置及辅助装置仪表系统在装置调试及日常维护中所出现的模拟量故障进行分析总结，希望可以从中汲取一些有益的经验，以便在仪表的日常维护及检修中能够更快的进行故障处理，从而提高控制系统及仪表的安全性、稳定性、可靠性、实用性和经济性，保证装置的安全平稳运行。

关键词：控制系统;仪表调试;故障;模拟量

一 引言

延安石油化工厂的仪表控制系统选用了横河电机新一代的生产综合控制系统CENTUM-CS3000、CENTUM-VP，该DCS系统由CPU、过程I/O模块、通讯網络和操作站组成。其中过程I/O模块主要完成模拟和数字的转换;CPU是DCS的核心部件，是完成PID为主要功能的过程控制;操作站是人机接口单元，使人员达到监控和管理生产过程的目的;通讯网络是控制器与操作站之间的纽带。

通过检测变送单元将现场工艺参数（压力、流量、温度、物位、成分等）转换为4～20mA标准信号送入I/O卡件并做相应处理后送入CPU，经过程序计算处理后，在操作站上进行显示，同时工艺操作人员按控制要求将参数通过操作站控制自控阀等设备，从而调节被控对象以达到控制目的。

二.常见故障分析

1.模拟输入量（AI）的常见故障：

该信号主要来源于现场变送器（压力、流量、物位、差压、分析等）、温度元件（热电偶、热电阻）等。随着科学技术的飞速发展，控制系统的使用更加广泛，测量仪表日新月异，测量对象更为繁杂，此类故障在调试及日常维护中发生最多，是发生原因复杂、处理难度较高的故障之一。经过初步统计，遇到的故障主要有如下原因：

1、仪表线路原因：1）安全栅电源配置、接地不合规范;2）热电偶电缆没有使用补尝端子或补偿电缆选型错误;3）信号接地、屏蔽接地电阻过大;4）强弱电缆线未按规范进行隔离;5）现场信号、安全栅、卡件、端子板接线错误;6）信号线路接地、短路、断路等本身故障。

2、现场测量元件原因：1）测量元件本身的选型或量程选择错误;2）变送器的取源部位错误;3）引压管至变送器的正负压室接反、堵塞;4）现场安装不符合规范;5）孔板安装方向错误;6）测量元件本身故障。

3、控制系统原因：1）电源配置不当;2）安全栅故障;3）安全栅、DCS回路组态错误;4）I/O卡件跳线错误;5）冗余I/O卡件跳线不一致;6）I/O卡件通道精度误差或损坏。

典型故障分析举例：

1.1  热电阻/热电偶显示异常

此种故障现象相对明了，环节较少，处理也相对容易。故障多为接线箱、接线柜、安全栅、AI卡件、接线问题等。产生原因多为设计、组织施工协调不当，造成热电阻公共端彼此不对应，热电偶补偿导线不匹配，安全栅接线错误、AI卡件通道连接不正确，组态时热电偶、热电阻类型选择与现场不对应，温度变送器接线、设置不正确，造成DCS指示异常。保证该点的物理位置与控制方案位号对应非常重要，应绝对避免混点发生。需逐点校验常用方法为：开路法和短路法。

曾发生DCS温度与现场温度不符的情况。我们首先检查温度元件的选型、插深、补偿导线选型、现场至机柜室线路、安全栅接线、卡件接线均无异常;然后再检查DCS组态正确，卡件的工作也正常。那么判断该故障应为温度转换式安全栅的错误引起，检查该安全栅的接线、电源均正常。用万用表测量安全栅输入和输出信号，发现输入mV值与输出mA值不对应，判断应该是安全栅组态与DCS组态不相符引起的，检查并修改安全栅组态后温度显示正常。

此种故障特点是：成批量错误，发现容易。该故障一般在新装置的开车调试过程中和更换仪表后容易遇到。

1.2 现场变送单元与智能终端无法通讯

此种故障多为用375手持终端加信号进行回路检查时无法连接现场设备，现场检查多为没有电源，DCS多显示开路，也有DCS显示回路正常但仍无法连接现场设备的情况。在实际工作中常常是根据系统特点、个人经验、施工情况等做一些技巧性处理。此种故障点易出现在端子板、端子箱、AI卡件以及安全栅等处，变送单元本身的故障也偶有发生。

装置仪表维护中常见的此类故障现象是模拟量回路中最常见的故障之一，这种故障原因多为线路故障，但偶发故障及系统软故障判断困难，处理过程比较繁琐。一般来说，要先判断该故障是现场还是室内引起的，然后再根据实际作出下一步的判断。

1.3 现场信号与操作站指示不对应

此种故障多为仪表内部设置和DCS组态问题等软故障，偶见仪表故障。具体表现在：零点、量程和工程单位是否一致、是否迁移、是否累积、是否流量开方、是否小信号切除、仪表输出线路板故障等。

2.模拟输出量（AO）常见故障

此类信号为控制系统控制工艺的直接环节，也是工艺人员经常操纵和改变的变量，其品质的好坏直接影响工艺指标，关系到产品质量。此类信号控制的现场设备一般包括控制阀、挡板、变频器、调速器等。由于阀的种类繁多，性能差异也很大，故阀的选型对控制系统影响尤为重要。在调试过程中出现故障的环节与模拟输入量相似，难易程度相似，处理方式也基本相同。此类故障主要发生在阀门本体、气路部分、阀门附件，因此系统调试前的单体调试是不可缺少的步骤。常见的故障现象有：DCS有输出，但是阀门不动作;阀门动作缓慢;DCS输出值与阀位不对应或输出值动作方向与阀要求动作方向相反等。故障原因除上面模拟量输入所属的各环节及组态外，还有以下原因：1、电磁阀无电源或故障;2、阀门定位器故障;3、气路及气路附件故障;4、调节阀本体如阀体、阀杆、阀芯、膜片等故障。

典型故障分析举例：

2.1 当MV值为0时，定位器失电

在装置开工调试过程和新增控制回路调试时经常遇到调节阀全关后，定位器失电，阀门无法打开的情况。经检查回路设备及接线均正常。在检查DCS组态时发现模块中默认设置当输出为0%时，实际按-17.19%进行输出，电流为1.25mA;当输出为100%时，实际按106.25%进行输出，电流为21mA。而西门子智能定位器在1.25mA时不能工作，会出现黑屏现象。在CS3000系统内，为了保证阀门能关死和满开，设置了关死和满开功能。在组态中将-17.19%改为-1%或0%即可。

此类故障常发生在新装置仪表调试中，原因查找相对简单，只要掌握了处理方法，比较容易解决。

三  装置开车过程中的仪表故障总结

本文针对新建装置仪表调试及日常维护中的常见故障及产生的原因进行了较为详细的分析，对故障的处理和检查提供了详细的思路和方法。随着新型仪表和智能仪表在装置中的广泛应用，在开车调试及日常维护过程中除了以上比较常见的模拟量的典型故障之外，还会出现更多的非常见故障。

参考文献：

[1] 王永昌  新建装置仪表调试常见故障分析处理与探讨   2008

[2] 侯慧姝 刘文兴  化工仪表典型故障分析及处理     2011

[3] 日本横河电机的CENTUM-CS3000指导手册