仪表机柜间电源状态智能监测

谢文奋

（中国石油独山子石化分公司 信息网络公司 炼油仪表车间，新疆维吾尔自治区 独山子 833699）

0 引言

在石油化工行业中，仪表供电系统的可靠性和稳定性直接影响到化工生产装置的安全稳定运行。装置运行过程中，如果仪表电源突然中断会造成装置生产中断，导致装置的非计划停车，影响面积非常大，造成的经济损失也很高。为保证装置正常的安全生产，避免装置发生火灾爆炸，造成人身伤亡及损坏关键设备的情况发生，在装置运行的设备中，仪表电源系统性能尤为关键。当装置发生异常情况时，为确保仪表电源系统能正常运行，对电源质量的要求也越来越高。首先，是对仪表供电系统电源配置的性能要求提高；其次，是仪表电源系统必须具备故障诊断预判措施，才能为装置的安全生产提供保证。

1 装置供电系统的分布情况

装置现场使用的电源型号有SIEMENS 电源、P+F 电源、LAMBDA 电源、RPSTECH 电源、ITM 电源等几种。装置上的小系统或是现场有独立撬装设备，一般都采用西门子稳压电源；LAMBDA 稳压电源主要是给进入到SIS 系统的仪表和阀门供电；P+F 稳压电源和RPSTECH 稳压电源是给进入到DCS 系统的仪表和阀门供电。电源的输入端一般都是双输入电源。仪表电源使用分布见表1。

表1 仪表电源使用分布Table 1 Distribution of instrument power usage

当仪表电源系统出现故障时，如不能及时发现并处理，靠仪表维护人员每日定时检查，判断是否发生故障，是不能满足装置上仪表设备长周期运行需求，不利于电源系统的运行，不利于装置仪表控制系统的运行，直接影响装置的安全生产。从表1 可以分析出，使用最为普遍的电源是RPSTECH 稳压电源。在这几种类型电源里，只有RPSTECH 电源具备在线监测和故障预判功能，其余几种都没有在线监测和故障预判功能。虽然RPSTECH 电源虽具备在线监测功能，也只能依靠维护人员打开PTP 电源柜，通过对PCU 监控模块的参数进行翻阅，然后记录出电源内部的运行参数，才能判断电源模块的运行状况的好坏。电源系统在工作过程中，无法远程实时监控，且运行状况无具体的历史数据记录，需对其功能进行开发和利用。

2 RPSTECH直流稳压电源的功能

目前，RPSTECH 直流稳压电源在现场使用有70 多套，RPSTECH 直流稳压电源安装时底座相互独立，可实现电源模块在线热插拔功能，是一种集成模块化冗余直流稳压电源系统。采用先进稳定的谐振开关技术及模块化的设计，很大程度上提升了电源效率，提高了电源的可靠性及稳定性。其具备双路供电输入功能，每个独立模块相互之间冗余，并带有电源模块自动检测和故障报警的功能。RPSTECH 冗余电源模块具有独立的隔离双输入端口，接收交流220VAC 电源，每个电源模块输出端口也相互隔离，模块的输出电流为24VDC20A 或24VDC40A，输出电压可调范围在22.5V～28V 之间。输出电流以并联输出工作的方式分担负载，从而实现N ＋1 冗余结构的仪表供电系统，特别适合用于关键仪表运行的场合。RPSTECH 电源系统具有高转换效率，可以进行自然对流冷却工作，散热性能好，不需要单独配备冷却风扇进行降温[1]。

3 电源与DCS系统通讯方式

RPSTECH 电源系统内部的通信传递，是通过每个电源模块底座上的通信总线实现电源模块之间数据相互交换。当电源系统需要增加电源容量时，非常方便进行电源系统的扩容，且每个电源模块的内部故障报警都可以检测到，并通过各自的LED 灯和报警继电器发出的报警信号，从而提供一个相互兼容性很强的电源系统，非常适合用于危险关键场合。电源模块接线图如图1 所示。

图1 电源模块接线图Fig.1 Wiring diagram of power supply module

RPSTECH 电源PCU 监控模块对电源系统的监控有两种方式：一种利用PCU 监控模块的触点端子，采用硬接线的方式连接到DCS 系统的DI 点，通过PCU 电源监控模块触点的通断来实现对模块的监控及报警。该监控方式单一，只能产生报警，无法对整个电源系统运行的状态进行监控。对电源系统具体几号模块报警，以及模块报警的具体参数无法监控。另一种方式是通过电源系统PCU 监控模块的通讯接口与DCS 系统通讯，实现全过程监控。由于PCU 监控模块采用的通讯端口是RS232 通讯口，RS232 通讯接口自身的缺点与DCS 系统有效地实现通讯，需对PCU 监控模块的通讯接口进行改进，方可实现与DCS 系统的通讯[2]。

4 具体实施的措施

4.1 PCU监控模块的端口改装

PCU 电源监控模块的作用是用于管理整个电源系统，监视电源系统各模块的各种物理参数。如图2 所示为PCU电源监控模块。由于现场PCU 电源监控模块使用的是RS232 通讯端口，与DCS 系统无法实现数据通讯，只能通过外接计算机通讯读取内部数据。因此，利用2019 年全厂停工大修的时机，对炼油各装置的PCU 电源监控模块的通讯接口进行改装更换，将PCU 电源监控模块RS232 通讯端口全部更换为RS485 通讯接口，并从PCU 电源监控模块敷设屏蔽双绞线到DCS 系统的ALR121 通讯卡，经ALR121通讯卡与DCS 系统进行数据通讯。

图2 PCU电源监控模块Fig.2 PCU Power monitoring module

4.2 内部参数解读及设置

1）通过控制PCU 电源监控模块4 个功能键：CANCEL、↑、↓和ENTER，可以显示系统中每个电源模块的输出电压值、电源模块的输出电流值、电源模块报警设定值、电源模块报警信息，还可以进行电源系统的时钟设置、密码修改、版本信息以及初始化调制解调器等功能。在PCU 监控模块数字显示菜单中，可向上或向下进行选择，调整内部设定值或选定可选项，并可进入下一级菜单和确认各项参数调整过程，在对功能键没有任何操作的情况下，两分钟后数字显示屏会自动返回主菜单。PCU 监控模块与DCS 系统进行通讯时，监控模块内部参数设置如下：初始波特率设置为9600，初始网址设置为001，通信协议格式选择标准MODDUS RTU，物理连接线采用RS485。设置完毕后经DCS 系统组态，就可进行数据通讯。

2）PCU 电源监控模块内部参数，分别寄存在不同的内置寄存器内，如电源模块报警寄存在报警寄存器中，每个模块的电流值寄存在电流数据寄存器中。详细的数据途径，见表2。

表2 寄存器内容数据表Table 2 Register content data table

3）由于不同寄存器地址表示不同寄存器，代表不同的用途，从表2 寄存器内容数据表可以看出，报警寄存器的地址为00，高字节固定为0，低字节无报警为0，FF 报警。寄存器地址01 表示电源模块是否在线工作或故障。高字节为电源模块是否在线表示位，低字节为电源模块是否故障表示位。建立故障代码对应表，便于故障分析诊断。表3为故障代码对应表。

表3 故障代码对应表Table 3 Correspondence table of fault codes

5 DCS系统通讯组态

装置上采用的DCS 系统是横河的CENTUM VP 系统，该系统在石油炼化企业应用很广泛，对外部设备互联通讯接入的系统有很好的兼容性。从CENTUM VP 系统PTP电源柜的PCU 电源监控模块，敷设屏蔽双绞数据通讯线至CENTUM VP 系统机柜NODE 空余位置，再安装数据ALR121 通讯卡，然后进行CENTUM VP 系统软、硬件组态，并建立历史数据库，便于日常故障分析诊断，如图3 所示。组态时CENTUM VP 系统ALR121 通讯卡组态的数据参数，必须与PCU 电源监控模块的设备地址、比特率、奇偶校验、停止位等通讯参数完全一致。如图4 所示为CENTUM VP系统软件组态数据[3]。

图3 参数历史趋势图Fig.3 Parameter historical trend graph

图4 CENTUM VP系统软件组态数据Fig.4 CENTUM VP System software configuration data

6 结论

实施后DCS CENTUM VP 系统通过PCU 监控模块，实现对每个电源模块的运行状态实时监测和远程监控，确保电源系统长周期的正常运行，整个电源系统可靠性得到极大提升，降低了维护人员和操作人员的工作强度，提升了自动化控制水平。使用后，检测出蒸馏装置、硫磺装置、蜡油加氢装置出现电源模块故障，仪表维护人员及时进行处理，避免因仪表电源系统故障对装置安全生产影响，为装置的安稳长运行奠定基础。