火气探测器信号一键旁通及一键解除在控制系统中的应用

孙浩文

(中海石油中国有限公司蓬勃作业公司 天津 300459)

0 引 言

在海上油气生产设施上，都会配备一定数量的固定式可燃气探测器和硫化氢探测器(若产出的油气含有硫化氢)，在发生油气泄漏时，在初期阶段及时探测到危险气体的存在，关断系统根据已设定的控制逻辑迅速关停相关设备甚至关停生产，可以避免事态进一步扩大。但是在某些海上特殊作业特别是钻修井作业过程中，正常操作就有可能产生少量油气泄漏，而在已具备可靠的安全控制措施情况下，并不希望类似可控的油气泄漏产生关断。因此，在进行类似钻修井作业前对作业区域的可燃气及硫化氢探测器进行信号旁通，只产生报警并不触发关断，这是一项日常工作。若是探测器数量众多，如某海上设施钻修机模块共配备了50个可燃气探测器和硫化氢探测器，每次旁通或解除旁通都需要约20 min的操作时间，不仅占用大量人工时，更有可能会因旁通或解除旁通的顺序错误导致意外关断。因此，添加一键旁通和一键解除对提高工作效率并避免意外关断很有必要。

1 控制系统中对于火气探测器的表决逻辑

某海上设施火气关断系统采用的是GEFanuc PLC，对现场安装的可燃气和硫化氢探测器中包括50个钻修机模块探测器进行分区域表决，出现异常情况时输出关断信号实现安全防护的目的。这50个钻修机模块气体探测器分布在不同的区域，多为2个一组，其余少量为3或4个一组。对于同一组中的探测器，产生关断信号的表决逻辑汇总如下：

①该组中任一个未旁通的探测器故障和另一个未旁通的探测器高高报警同时存在；②该组中2个或以上探测器高高报警且未旁通；③该组中任一个探测器高高报警且未旁通，而其他探测器都已被旁通；④该组中全部探测器故障且未旁通，延时30 min关断；⑤该组中任何一个故障且未旁通，而其他探测器都被旁通，延时30 min关断。

2 实现信号旁通的过程及可能导致误关断的因素

该设施采用的是DeltaV过程控制系统，可在操作画面上对相应的气体探测器进行旁通及解除旁通操作，输出命令通过modbus通信将信号传输至GEFanuc关断系统。

按照上述的表决逻辑，假设2个一组的探测器，其中一个出现高高报警，正常情况下操作人员到现场进行确认，若是误报警，会第一时间将该误报警的探测器旁通，甚至将该组的2个探测器都旁通。在这种情况下，若人为疏忽误操作，先将另一个探测器旁通，按照既定控制逻辑会立即产生关断；另一种情况是当一个探测器出现故障，操作员误操作先旁通另一个，系统将会延时30 min产生关断。这2种情况都是因误操作引起的，可能导致整个生产设施关断，造成严重的经济损失。

3 实现一键旁通及一键解除，避免产生误关断的可行性分析及方案

为避免上述误关断，在一键旁通和一键解除操作时也需要考虑探测器旁通和解除的先后顺序。经过综合分析后的控制策略：只要存在探测器报警或故障，则该探测器所在分组的所有探测器都不允许一键旁通及一键解除，只能由操作员手动进行操作。而进行手动操作时，需要在逻辑控制中从根本上消除误操作的可能性。如上述例子：2个一组的探测器，若其中一个出现故障或误报警，做旁通操作时必须先成功旁通该异常的探测器后，才允许旁通另一个。解除旁通时，若其中一个探测器异常且在旁通状态，才允许另一个正常的探测器解除旁通。

4 方案的具体实施

要实现一键旁通或解除操作，需要在操作界面上设置一个快捷按钮(如图1中的BYPASS按钮)，点击该按钮弹出选择提示框，如图1所示。

当需要进行一键旁通时，选择BYPASS，点击OK进行确认，在如图2所示控制逻辑中的参数BYPASS_RESET会被置为1，经过功能块PDE1及TP1的逻辑运算，控制功能块ACT2会被执行(若选择NORMAL，点击OK确认后会被置为0，经过功能块NDE1及TP2的逻辑运算，控制功能块ACT4会被执行)。

具体执行过程为：

旁通操作，参数BYPASS_RESET置1后，PDE1检测到输入端由0变1，上升沿触发，其输出OUT_D为1，TP1输出变为1，执行预设值10 s后变为0，在此10 s期间ACT2的输入IN_D为1，该功能块被执行，将旁通信号通讯至关断系统，并在关断系统中实现旁通信号的自锁。10 s后TP1的OUT_D变为0，NDE2的输入端IN_D由1变为0，下降沿触发，其输出OUT_D为1，TP3输出为1，执行预设值10 s后变为0，即ACT3执行10 s，将旁通触发信号置为0。

旁通解除操作，执行逻辑和旁通操作类似，当参数BYPASS_RESET置0后，NDE1下降沿触发，ACT4执行10 s后，再执行ACT5，持续10 s，从而实现解除旁通的操作。

旁通和解除旁通信号在关断系统中，类似电机常见的启、保、停控制逻辑，很好理解，在此不做赘述。

控制功能块ACT2实现了批量旁通而确保不会引起误动作。首先将50个探测器的旁通信号SET_BYPASS_SDO(该参数即是通讯至关断系统的旁通信号)全部置1，程序段下方的VB语句再进行判断，以2个一组的可燃气探测器E43AI9006PA和E43AI9006QD为例：

此段程序实现的是，只要E43AI9006PA和E43AI9006QD这2个探测器任何一个存在故障或者高报警，都会将它们的旁通信号SET_BYPASS_SDO置为0。以PLC一个扫描周期结束后输出一次的特性，即便程序段开始置为1，若后段程序满足要求置为0，最终的输出结果将会是0，从而实现该组2个探测器任何一个有异常时，都无法实现旁通。

解除旁通的命令是由ACT4来实现。首先将50个探测器的解除旁通信号RESET_BYPASS_SDO全部置1，程序段下方的VB语句再进行判断，仍以2个一组的可燃气探测器E43AI9006PA和E43AI9006QD为例：

此段VB语句实现的是，只要E43AI9006PA和E43AI9006QD这2个探测器任何一个存在故障或者高报警，都会将它们的解除旁通信号RESET_BYPASS_SDO置为0，即不允许解除旁通。

需要注意的是，未能实现一键旁通和解除的探测器，只能由操作员手动执行操作，为避免先后顺序错误导致误关断，同样以2个一组的可燃气探测器E43AI9006PA和E43AI9006QD为例说明：正常需要做手动旁通操作时，点击画面上对应的探测器位号如E43AI9006QD，在弹出的faceplate中点击Bypass后确认即可，如图3；如果该Bypass按钮不显示，就可以达到无法旁通的目的，如图4；该按钮显示与否可由其控制模块中的参数“BYPASS_REQUIRED”来决定，如图5所示。

当参数BYPASS_REQUIRED＝1时，Bypass按钮将会显示，否则会隐藏。我们只要控制该参数的赋值，就可以达到能否旁通的目的。依然以2个一组的可燃气探测器E43AI9006PA和E43AI9006QD为例，具体在程序中的执行如下：

上述VB语句实现的是：当探测器E43AI9006PA发生故障或者出现高报警，并且未被旁通，同时探测器E43AI9006QD正常时，在探测器E43AI9006QD的faceplate操作面板上的Bypass按钮被隐藏，该探测器无法进行旁通操作，同样，当探测器E43AI9006QD发生故障或者出现高报警，并且未被旁通，而探测器E43AI9006PA正常时，在探测器E43AI9006PA的faceplate操作面板上的Bypass按钮被隐藏，该探测器无法进行旁通操作。

所有2个一组的探测器都是按照上述VB语句进行了设置，避免了因一个探测器故障或高高报警，操作员先旁通或解除另一个正常的探测器而引发的误关断。

5 效果检验及推广价值

一键旁通和一键解除旁通功能完成后，经过测试，所需操作时间从原先的20 min以上缩减为5 s，不仅大幅降低了工作量，最重要的是提高了操作可靠性、避免了误操作导致的意外关断。以此作为延伸，在其他大量需要逐个进行操作的信号，可考虑进行批处理，实现一键完成。当然类似本文描述的情况，对于可能出现的意外情况要考虑周全，才能确保万无一失。■