化工自控系统维护管理综述

吴海会

（兰州新区石化产业投资集团有限公司，兰州新区 730030）

0 引言

自动化控制系统的发展使控制系统的硬件积木化、软件模块化、控制组态化、通信网络化，且系统更具开放性、兼容性、互换性[1]。DCS（Distributed Control System）是人机交互系统；SIS（Safety Instrument System）是非人机交互系统，实现联锁紧急停车功能；CCS（Compressor Control System）兼具DCS 和SIS 的功能，实现远程操作和联锁停车保护大机组；GDS（Gas Detection System）针对火灾和有毒气体泄漏而设计，与SIS 功能相似。这些控制系统的应用避免了高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害生产装置的检测和控制出现盲点，使工艺生产流程更加平稳可控，保障人员与装置的安全。因此，化工生产中控制系统的可靠性离不开专业的维护、管理。

1 资料管理

生产过程中控制系统故障除了用于测量温度（T）、压力（P）、液位（L）、流量（F）、成分（A）的各类仪表之外[2]，控制工艺参数的执行机构、控制系统的软件集成和硬件集成等部分的故障都直接影响控制系统的控制功能。在生产过程中，控制系统资料是否完整、接线标识是否准确、检修维护记录是否详尽，是提高上述故障检修效率的关键因素。

1.1 软件操作手册

控制系统组态是否准确，可以通过学习软件操作手册帮助仪表人员认识各种功能块的作用和使用方法，并以此为基础解读组态是否出现偏差。因此，对于自控系统后备力量的培养，可以软件操作手册为着手点，在PC 机上安装组态软件进行常态练兵，避免维护过程中直接接触正在运行的控制系统，导致非计划停车事故。

1.2 硬件操作手册

控制系统硬件操作手册帮助自控技术人员掌握硬件设备的性能特点，硬件组态过程中各类卡件、端子板、元件的具体功能，以及接收或输出信号的形式及接线形式，明确各类指示灯的具体作用等。在系统维护保养和技改技措的实施过程中，做到有的放矢，保障系统的可靠性。

1.3 报警联锁逻辑图

报警联锁逻辑图是将输入的各种具有逻辑性的物理量，通过功能块的逻辑运算，最终把逻辑运算结果通过输出模件送至现场执行机构或操作显示屏上，用远程自动控制方式完成装置停车与开车，保障工艺操作的安全性、时序性和备用性。若生产过程中发生联锁安全事件，可立即确定出现问题的工艺参数，围绕出现异常的工艺参数，讨论系统组态、现场仪表、工艺控制等各方面原因，避免装置出现同样事故。

1.4 系统回路图

工艺操作的目的是控制T、P、F、L、A 这5 大参数。在生产过程中，控制系统根据生产工艺上游或下游相关参数的变化，在规定范围内对本装置的工艺参数进行自动调整。自动调整的过程根据工艺控制的复杂程度，有简单控制回路、复杂控制回路[3]（包括串级控制回路、分成控制回路、比例控制回路等）。控制系统回路是从现场仪表采集的信号进入控制器，经控制器中组态软件的计算表决，将结果输出至执行机构。若工艺控制不够平稳和顺畅，就需要仪表和工艺合作，分析控制方法是否合理、PID 参数设置是否合理、现场仪表选型是否满足工艺条件等情况。

1.5 端子接线图

控制系统在信号采集、信号处理、信号输出过程中发生的任何故障都会影响控制系统的控制功能。在检查维护过程中，故障排除过程依次是：现场仪表→现场接线箱→机柜间。若现场仪表和中间接线箱都没有问题，应查看控制系统端子接线图，检查机柜接线是否准确，回路中的每一个元器件的工作性能是否完好。

因此，软件操作手册、硬件操作书册、报警联锁逻辑图、系统回路图、端子接线图等控制系统资料是控制系统维护的根本依据，这些资料必须在对应的工程师站保存一份，如有变更，应记录清楚，做到资料与控制系统的硬件、软件相一致。便于技术人员在事故发生的第一时间找到对应资料排除故障，保证装置的安全、平稳运行。

2 日常管理

2.1 软件管理

控制系统软件有应用软件和系统软件。应用软件：为完成生产过程监控所需要的工程软件。系统软件：为控制系统专门设计的软件，用以促进工程软件的运行和维护。应用软件的组态修改和系统软件配置更改必须按照相关管理制度，经过各级领导审批后才可进行。为防止控制系统工程文件和操作系统软件故障导致系统瘫痪，系统工程文件和操作系统软件应定期备份并妥善保管，做到积极预防、及时发现、快速恢复。

2.2 联锁管理

联锁是装置安全、平稳运行的红线，联锁确保生产工艺不因超温、超压、超流量、超液位、超组分而导致生产事故发生，设备不因超温、超振动、超位移、电机过流等发生设备事故。因此，报警联锁逻辑图是控制系统组态的重点内容之一，应严格按照管理制度执行，不碰触安全底线，才能实现企业效益最大化。为确保装置在受控状态下运行，联锁管理包括联锁的分类、分级，报警联锁台账的建立，联锁的增设、取消、设定值变更管理，联锁切除、投用的审批程序，联锁申请票的管理，联锁动作后的事故处理等方面。

2.3 密码管理

密码管理，控制系统根据操作权限的不同，需要设置多级密码并定期变更，密码设置和定期变更应都记录在密码本上，密码本应双人保管，防止密码外泄并保证密码有效性。密码管理制度对企业安全、平稳生产的重要性在于防止没有授权的人员非法进入系统，擅自更改控制策略、应用程序和系统数据库。同时，保证在紧急情况下，技术人员可以进入系统进行维护工作。

2.4 防病毒管理

控制系统感染病毒后，会通过工控网传播，使系统软件遭破坏或更改，导致操作系统死机及应用软件失去运行环境；应用软件中的逻辑控制组态内容丢失，会导致控制功能错误或缺失。总之，控制系统病毒感染使整个控制系统瘫痪，生产装置处于严重危险状态。

控制系统防病毒策略分软件方法和硬件方法，软件方法是安装防病毒软件或设置系统运行软件白名单；硬件方法是设置防火墙或从管理方面控制数据流向。

控制数据流向的主要工作是阻止工控系统与PC 机进行数据交换；控制系统硬件需专业人员上锁管理；无审批，不可更换、拆除、外借挪用；每台工控机应有专用安装盘和数据备份盘，不可交叉互用；所有工控机的USB 接口、光驱、软驱等外部接口一律禁用并定期检查， 安装软件必须是正版，不能安装与生产无关的软件等。

2.5 机柜间、工程师站管理

进出机柜间、工程师站必须登记；机柜间、工程师站应保持干净整洁，定期打扫卫生；机柜间、工程师站内部应保持规定的温度、湿度、压力；机柜间、工程师站应每天巡检，检查系统硬件（模件温度、UPS 电压等）是否正常工作并进行系统自诊断情况检查；机柜间、工程师站禁止使用强电磁干扰设备，保证控制系统硬件的寿命，延长控制系统的使用周期。

控制系统日常维护管理应严格执行各项管理制度，将硬件检修、逻辑组态、参数修改、密码变更、防病毒检查等工作分类做详细记录，确保控制系统运行处于可控状态。

3 检修维护

3.1 下电、上电

控制系统上电、下电的操作不规范，会导致系统机柜中的元件损坏、组态紊乱、PID 参数丢失。因此，控制系统下电应先断开回路电源开关，再断开控制器电源开关，最后断开UPS 电源总开关；控制系统上电是下电次序的反向动作。

3.2 清灰

控制系统灰尘沉积在集成块和其它电子元器件上，会降低其散热性能，导致集成块和电子元器件工作异常，甚至损坏；导电性灰尘会使绝缘材料绝缘性降低造成短路；绝缘性灰尘会使插件触点接触不良造成断路。因此，控制系统应定期进行清灰。

清灰之前系统应断电，带静电手环；清灰工具不能选择容易脱毛的笔刷；用于外围设备的洗剂选用中性。模件的清理应从机柜里拆出后，用羊毛刷子清理，灰尘过多需用无水酒精清洁。风扇清灰用手抵住叶片，用刷子清理后再用湿布擦干净。清理困难的部位，如模件插槽可用吹风机将灰尘吹出机柜。模件清灰过程中，力量要适中，防止碰掉主板表面的贴片元件，或造成元件松动以致虚焊。机柜清灰后应对机柜端子、隔离器、安全栅等元件的接线是否牢固进行检查。

3.3 点检

点检是指化工装置停车检修期间，对控制系统的硬件和软件进行全面检查、诊断和排查，并对系统运行过程中出现的问题进行针对性处理。

硬件方面对控制系统机架、模件、风扇、电源等硬件的功能验证，对系统的冗余、容错功能及在线维护功能测试，如在线更换卡件、在线组态、在线软件下装等。软件方面对控制系统的每个IO 点进行测试，确定应用软件中的回路控制逻辑，报警联锁逻辑的准确性。

3.4 软件、硬件升级

化工企业应与控制系统厂家保持联系，根据系统运行情况，检修期间对控制系统的软件和硬件进行升级，升级的目的是为了清除系统中存在的漏洞（bug）并释放内存，从而提高控制系统的运行安全性、稳定性和数据处理速率。

为保证控制系统在下一周期安全、平稳运行，检修期间应视控制系统运行情况对软件和硬件进行升级。停车检修前、后应做好控制系统工程文件备份；控制系统维护管理主要的工作是清灰、点检并详细记录检修、维护的项目和过程。

4 备件管理

控制系统备件管理可避免备件囤积过多导致维修基金积压，备件储备过少影响控制系统正常工作。控制系统卡件应每一种类型备用一块，安全栅、继电器、保险等元器件应根据控制系统运行过程中使用的种类和数量按比例备用。记录控制系统维护、检修所消耗备件的数量，若干生产周期后，对控制系统中各类备件数量进行调整，使控制系统备件管理上台阶。

5 结语

DCS、SIS、CCS、GDS 在各自配置规范下集成并无缝链接在一起，组成功能更完整的过程控制系统PCS（Process Control System），实现化工安全生产一体化控制，从对控制系统的资料管理、日常维护管理、检修管理和备件管理细节着手，阐述控制系统维护、管理原因和管理方法，对于石油、化工等生产领域控制系统长期、稳定运行具有实际的指导意义。