仪表自动控制系统运行中的风险及合理化建议

张坚

抚顺石化工程建设有限公司仪表三车间 辽宁 抚顺 113001

引言

仪表自动控制系统是工业生产实现自动化的一项重要措施，通过该系统可以对生产装置、设备可能发生的危险进行及时响应和保护，从而将风险降至最低，并确保人、设备、装置安全稳定。然而随着生产装置保持长时间运行，对仪表自动控制系统可靠性也提出更高要求，需要结合实际采取一系列有效举措，使仪表自动控制系统时刻保持稳定、可靠运行，其重要作用也能得到充分发挥[1]。基于此，本文对仪表自动控制系统运行中的风险及合理化建议展开探讨。

1 仪表自动控制系统概述

仪表自动控制系统是自动化系统中的一个非常重要的组成部分，并且具有输入信号转为输出信号的功能，在一套设备中的作用就如人的大脑神经中枢对人产生的作用，通过提供一些数据信息真实反映设备运行的实际状况，并在此基础上实现设备运行有效监控。而自动化仪表在自动控制系统中占据着十分重要的地位，从用途角度入手，自动化仪表可以分为监测、显示、转换、调节控制、执行等仪表；从组成形式角度入手，可以分为单元组合式仪表、集中分散型控制系统、组装式电子综合控制装置等；从使用系统角度入手，可以分为生产系统检测和安全系统检测仪表两种类型，并且在生产生活的各个领域中都得到广泛运用，所兼具的显示、记录、监测、控制等多重功能，也为现代化生产、管理和控制提供有力支持。另外，随着自动化和科学技术不断发展，对仪表自动控制系统也提出了更高要求，越来越多的生产要求仪表自动控制系统要实现智能化控制，进而达到生产操作便捷化、系统运行安全可靠等目的。

2 仪表自动控制系统运行风险分析

仪表自动控制系统运行中存在的风险主要有：①流量大小采集过程中出现变化状况，一般情况下我们将之称为流量控制仪表系统故障，若这时候仪表数值显示为最小值，就需要对相关仪表进行细致检查，若采集仪表中没有发现任何故障问题，那么大多数就是人为操作失误导致，如：工艺操作变化、系统内部堵塞等；②在生产过程中出现液位仪表故障问题，当液位仪表频频发生频率波动情况，就要注意检查仪表液位的高低，并且在发生仪表数值与液位数值不相匹配状况时，考虑设备导压管是否出现问题，在修补完漏洞以后，对封液也要进行重新灌注，如果液位控制显示值出现最大或最小问题，还要检查仪表指标状态是否存在异常，若有也要进一步确定故障位置和采用有效措施进行解决；③系统内部各元件在使用过程中发生破坏，尤其是在工业条件、运行环境等出现较大变化的情况下，系统内部各元件也会受到极大影响，进而出现损坏情况，对系统稳定可靠运行带来不利影响，尤其是引发的测量元件故障问题，会使仪表显示值出现忽大忽小的情况，若呈现出慢速波动特点，就可以判断是由系统故障或工业生产所导致；④导压管堵塞引起工艺流程和压力仪表数值发生变化，若操作工艺流程没有发生任何改变，就要考虑压力仪表数值发生变化是由PID参数错误引起，并在明确风险产生真正原因以后，采用极具针对性的措施进行解决；⑤系统工作过程中出现调节阀故障问题，而引发这一风险的原因有很多，如：隔膜调节阀膜片泄漏，使调节阀阀门出现失效状况，整个仪表自动化控制系统的频率与调节阀频率不相一致，导致调节阀故障问题发生，这时候除了要对阀门定位器进行重新定位以外，还可以联系实际对新的定位器进行更换和使用，以防止风险进一步扩大[2]。

3 加强仪表自动控制系统运行风险管控的重要性

仪表自动控制系统在自动化系统运行中发挥着至关重要的作用，并且为防止仪表自动控制系统运行中出现各类风险问题，就要对系统运行风险管控工作引起极大关注，其重要性主要表现为：①减少各类故障问题发生，仪表自动控制系统在运行过程中，极容易受到运行环境、各类元器件、操作工艺等因素影响，而导致各类故障出现问题，不仅会对自动化系统安全可靠运行带来极大影响，还会降低仪表自动化控制系统风险管控水平与质量，而加强系统运行风险管控工作以后，就可以对仪表自动化控制系统实施全面细致管理和实时运行监控，针对系统运行存在的潜在风险问题，也能及时把握与分析，并尽快采用有效措施进行预防和解决，切实保障系统时刻处于稳定可靠运行的状态；②提高系统运行的性能和可靠性，随着社会经济和科学技术的不断发展，社会各领域也对仪表自动控制系统进行广泛应用，并对系统运行效能提出更高要求，实际运行中一旦出现风险问题，势必会对系统自动化安全可靠运行构成极大威胁，而加强系统运行风险管控工作，不仅可以及时发现系统运行存在的不足之处，还能及时采取有效措施进行解决，在保证系统运行性能的基础上，系统运行可靠性也会得到进一步提高，并推动仪表自动控制系统进一步优化和完善；③提升工业生产自动化管理水平，在现代化工生产过程中，仪表自动控制系统在工业自动化生产和管控中占据着举足轻重的地位，并且在工业生产管理自动化、智能化发展进程中，也对仪表自动控制系统运行风险密切关注，一方面通过加强系统运行风险管控，可以降低各类故障问题发生概率，并切实保障系统运行可靠性，另一方面则是通过加强系统风险管控，对仪表自动控制系统存在不足进行优化改进，并在深入应用中加快推进工业生产管理自动化、智能化发展进程，在这一背景下我国工业事业也能获得更进一步发展[3]。

4 仪表自动控制系统运行风险防控的合理化建议

4.1 对突发事件进行提前预案

随着生产装置长时间和满负荷运行，仪表控制系统也会出现各种各样的问题，这时候就可以从事故结果入手，对风险事故真正原因进行分析和把握，然后采取相对应的预防和解决措施，以防止这类风险问题再次发生，仪表控制系统运行安全性和稳定性也能得到有力保障。例如：某公司的造气炉DCS发出系统报警，并显示控制站一卡处存在故障问题，并会对造气炉装置运行安全产生极大影响，需要对相关阀门进行限位处理，使系统工作恢复正常。为了防止这类风险事件再次发生，就可以对以下措施加以运用：①依托现有资源做好备品备件工作，并对系统风险发生以后做出的紧急处理方案进行深入研究，如：对重点控制阀采用人工限位、保证工艺生产可靠操作；②深入现场对系统运行压力、温度等参数进行采集，并根据数据出现的不规则变化情况，对设备可能出现的故障进行预判，并在此基础上将系统温度、压力等参数进行整定，使之处于正常范围内，见表1，同时制定相应风险预控措施，在减少系统运行风险发生的同时，还能够将风险危害控制在一定范围内；③对现行DCS产品进行优化更新，不仅可以降低生产备件成本，还能够优化系统性能，各种风险问题也能减少发生[4]。

表1 系统PID控制器参数整定

4.2 在不改变硬件条件下优化控制方案

在实际生产过程中，高振值信号问题频频出现，并且多次证明是伪信号，侧面也反映出仪表自动控制系统的抗干扰能力不足，这时候就可以充分利用仪表软件中的容错技术，对抗干扰程序编程进行修改和优化，以取得较为理想的屏蔽外界伪信号干扰的效果，同时采用这种方法，还能够防止因非正常信号波动出现非正常停车的情况发生，并基本消除了伪信号对系统安全、稳定运行造成的不良影响，然而需要注意的是，在程序编程优化中要确保原有连锁系统处于可靠状态。

4.3 从设计上完善连锁控制方案

为充分保障系统运行的安全性，在设计时多会有安全连锁和DCS两个系统，并且安全连锁是独立于DCS外的装置，可以发挥分散系统风险和保障系统运行安全性的作用。例如：在某公司的合成汽包装置中，设置了一套独立于全装置的SIS连锁系统，这套系统不仅与DCS系统互为补充，还能够通过两台远传液位计，对元件信号送入进行运算控制，以达到紧急停车、控制显示的目的[4]。在这过程中，我们也要考虑到随着时间不断推移，仪表系统出现故障的概率也会增加，这时候对连锁方案进行不断修改和优化，可以极大保障系统长时间安全、稳定运行。

4.4 仪表系统运行风险等级判定

受工业过程的不同影响，如：原料种类、生产规模、设备工艺复杂程度等，对安全要求也存在一定差异，无形中也增加了仪表系统运行风险等级判定难度。而一个具体的工艺过程是否需要对SIS进行配置，对何种等级的SIS进行配置，都需要通过工艺过程安全度等级评定实现，并在明确具体工艺过程安全度等级以后，才能够对其配置相对应的SIS，进而充分发挥保障系统运行安全和稳定的效果[5]。实践中可以使用风险矩阵法，从工艺过程风险频率和严重性两方面着手，最后分成三个安全度等级，并配备与之相对应的SIS。

4.5 严格遵循仪表系统设计原则

严格遵循独立设置、中间环节最少、故障安全、容错结构原则，对仪表自动控制系统进行设计，可以减少系统运行风险的发生，相应系统效能也能得到有力保障。其中独立设置原则表示仪表系统设计应该独立于过程控制系统，以防止控制、安全功能同时失效的情况发生；而中间环节最少原则可以使故障点降至最低，相应运行风险发生概率也会明显下降；践行故障安全原则就可以在控制系统失效时，对相应装置实施有效保护，并按照预定顺序转至安全状态，具体表现有电磁阀采用正常励磁连锁未动作时，电磁阀线圈带电连锁动作时断电；当自身出现故障而不是工艺或设备超过极限工作范围时，作为控制装置的故障安全可以通过连锁动作使其按照预定顺序安全停车，并依托软硬件冗余和容错技术，对故障进行自动检测和执行纠错；容错结构原则即在内部并行元件或集成逻辑软件出现故障时，可以对这些故障进行有效识别，并通过故障旁路对指定功能进行继续执行，涉及的功能主要有限制进程动作以防错误继续扩大、对过程实施动作进行动态检测和更换、修正失去效用部件[6]。

4.6 提高仪表自动化管理水平

为实现对仪表自动控制系统运行风险的有效防控，还可以通过进一步提高仪表自动化管理水平实现，可采取的措施有：①引进专业技术人才，在紧跟时代发展步伐对新型机械设备进行引进应用的同时，也要对专业技术人才引进加以关注，使仪表自动化管理队伍综合素质得到提升，相应仪表自动化管理工作也能更加高效和高质完成，实践中可以对外招聘一批专业素质高和懂得运用现代化技术的优秀人才加入到当前工作队伍中，并定期组织教育培训工作，以对最新技术、设备进行学习和操作，同时将考核、奖惩等机制渗透其中，推动仪表自动化管理工作更好开展；②人机结合高水平操作，在仪表运转期间需要技术人员严格按照规定标准进行操作，实践中也要根据实际工作需要，对仪表运行管理制度、安全保护警报系统制度等进行构建和完善，并将仪表生产步骤、各项工艺参数等关键内容融入其中，在实现仪表自动化管理的同时，使仪表时刻保持正常运作状态；③加大资金投入和故障处理，在提高仪表自动化管理重要性认识的同时，加大资金投入力度，以为仪表使用、检测、保养等工作开展提供充足资金，仪表重要作用也能得到有效发挥，为防止仪表运行中出现故障的问题，也要定期开展运检和维护工作，以及时发现仪表运行存在的问题，并采取有效措施进行预防与控制；④融入先进技术手段，紧跟时代发展步伐，将最新技术成果运用到仪表自动控制系统中，就可以通过现代监测仪器设备与检测技术，实现仪表整个工作过程动态化监督与控制，并通过监测系统对仪表各项工作参数进行科学设定，当运行参数超过设定值范围以后，系统就会进行自动报警，并结合监测到的参数信息，对故障发生原因及具体位置进行自动分析与定位，同时将得到的分析报告传送给运维部门，及时委派检修人员进入现场开展进一步检查维护工作，使这些问题得到快速、精准解决[7]。

5 结束语

本文是基于对仪表自动控制系统运行的风险及合理化建议的分析，随着现代社会经济和科学技术的不断发展，仪表自动控制系统在工业领域中也得到了十分广泛的应用，并且随着生产装置运行时间不断延长，对仪表控制系统可靠性和安全性也提出较高要求，迫切需要对仪表系统运行风险问题进行分析，并充分利用现有资源，对仪表控制方案进行科学布局，在减少运行风险发生的同时，确保仪表系统运行时刻处于稳定、可靠状态。