溫度溫度變送器減少儲(chǔ)備的系統(tǒng)卡件類型降低維護(hù)成本

上海自動(dòng)化儀表主要介紹了某工廠的一套裝置由PLC-5改造為TRICONEX過(guò)程中面臨的問(wèn)題、解決方案以及效果。

1 概述

當(dāng)代的石油化工企業(yè)中對(duì)于工藝生產(chǎn)的控制主要通過(guò)若干整套的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如分布式控制系統(tǒng)（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）、安全儀（SIS）等，通過(guò)一系列的程序設(shè)定可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于工藝過(guò)程進(jìn)行精que的自動(dòng)控制，所以聯(lián)鎖控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的重要儀表設(shè)備

2 原系統(tǒng)運(yùn)行狀況及存在問(wèn)題

PLC5系統(tǒng)在該，除了基本的過(guò)程邏輯控制，還包括循環(huán)的順序控制，以及緊急停車聯(lián)鎖控制，幾乎覆蓋了生產(chǎn)過(guò)程。目前的PLC5系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，由于投用時(shí)間過(guò)久，電子元件逐漸老化，設(shè)備普遍進(jìn)入穩(wěn)定性降低、故障頻發(fā)的階段。系統(tǒng)自身出現(xiàn)過(guò)通訊問(wèn)題、主副CPU切換問(wèn)題、C題，系統(tǒng)達(dá)不到SIL3等級(jí)，影響裝置設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。該裝置曾在因機(jī)架與處理器瞬間通訊中斷而導(dǎo)致該物理機(jī)架上所有I/O板卡輸出同時(shí)丟失，造成停車，影響上下游裝置正常生產(chǎn)，間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬(wàn)元。

PLC5系統(tǒng)I/O卡不具備熱插拔功能，不允許冗余配置，出現(xiàn)硬件故障時(shí)維修困難，故障卡件無(wú)法及時(shí)更換維修，使裝置運(yùn)行存在隱患。

PLC5系統(tǒng)沒(méi)有地衣事故記錄功能，當(dāng)數(shù)個(gè)設(shè)備因故障停運(yùn)時(shí)，難以及時(shí)準(zhǔn)確判斷出shou發(fā)事件，延長(zhǎng)了維修時(shí)間，導(dǎo)致裝置運(yùn)行周期縮短、裝置的經(jīng)響。

PLC5系統(tǒng)部件已經(jīng)停產(chǎn)，備件卡件已經(jīng)無(wú)法采購(gòu)，如卡件出現(xiàn)故障，將面臨無(wú)備件可換的情況，嚴(yán)重影響裝置的安全運(yùn)行。

3 改造的主要內(nèi)容及目標(biāo)

原PLC5系統(tǒng)沒(méi)有上位操作站，改造除了延續(xù)原來(lái)基本的聯(lián)鎖功能以外，還增加了上位操作站用于工藝人員監(jiān)控及維修旁路需求，該系統(tǒng)包括下位編程1131、SOE記錄軟件、系統(tǒng)診斷軟件，并配套Wonderware公司的上位操作軟件Intouch等各類功能更先金的軟件。

3.1 TRICON系統(tǒng)簡(jiǎn)介

TRICON系統(tǒng)是由美國(guó)TRICONEX 公司研發(fā)生產(chǎn)。TRICON控制系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，尤其在石油化工行業(yè)應(yīng)用較多，能夠綜合實(shí)現(xiàn)ESD（緊急停車系統(tǒng)件順序記錄）功能，數(shù)據(jù)通訊至DCS指示以及數(shù)據(jù)的記錄、控制及診斷功能，I/O卡件均可以支持在線熱插拔功能，方便維護(hù)，系統(tǒng)具備雙電源供電功能塊均可以單好維持系統(tǒng)運(yùn)行。與DCS相比，具有響應(yīng)速度快，運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)；與ESD比較，具有三重化，冗余容錯(cuò)控制系統(tǒng)，掃描事件為毫秒級(jí)。此外過(guò)不同的賬戶管理不同級(jí)別的功能，實(shí)現(xiàn)分專業(yè)按需求進(jìn)行管理和操作。

TRICON系統(tǒng)不僅CPU具有三重化表決功能，各種類型的IO卡也具備該功能，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)周期無(wú)故障運(yùn)行。

3.2 改造內(nèi)容及技術(shù)路線

在消除隱患的過(guò)程中，除了SOE軟件和系統(tǒng)診斷軟件等新增功能以外，保留原功能的同時(shí)可以考慮一些改進(jìn)策略。

系統(tǒng)合并：相對(duì)于Triconex，PLC5的負(fù)載能力較低，Triconex的SIS系統(tǒng)能承載的IO點(diǎn)數(shù)更多，所以可以將PLC5的兩套或更多的系統(tǒng)合并至一套SIS系資源和物理空間。此外對(duì)于原先存著的系統(tǒng)間的信號(hào)在合并后也可以直接內(nèi)部調(diào)用，間接減少了部分IO點(diǎn)所需的硬件。

設(shè)置SIS操作站：在傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)管理中，不允許人為干預(yù)緊急停車系統(tǒng)的自動(dòng)聯(lián)鎖邏輯，因此保護(hù)功能的PLC一般都沒(méi)有設(shè)置操作站。隨著儀表可靠表故障產(chǎn)生的誤動(dòng)作會(huì)造成裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，在線維修儀表的需求越來(lái)越常見(jiàn)，旁路的需求也相應(yīng)增加。

程序遷移：PLC5使用的是梯形圖，Triconex默認(rèn)使用的是可讀性更好的功能塊，部分涉及計(jì)算的功能需要使用語(yǔ)句編輯功能塊，簡(jiǎn)單邏輯可以直接通的程序轉(zhuǎn)換。在本次改造中，改造以前就完成了程序轉(zhuǎn)換，以便將時(shí)間更多的留給調(diào)試，縮短工期。通過(guò)核對(duì)原程序與邏輯圖紙，shou先確認(rèn)邏輯圖的在邏輯圖到邏輯圖格式的程序的轉(zhuǎn)換就會(huì)更易。

機(jī)柜替換：需要替換的機(jī)柜可能在數(shù)個(gè)機(jī)柜之間，拆除時(shí)需注意保護(hù)其他機(jī)柜的固定，防止應(yīng)力造成底座固定件的損壞以及機(jī)柜偏移帶來(lái)的電纜和硬件裝時(shí)需注意新機(jī)柜入位時(shí)對(duì)相接觸的其他機(jī)柜的保護(hù)，防止其移位、傾倒，避免柜門無(wú)法打開(kāi)等問(wèn)題；

電纜連接：除保留現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入SIS機(jī)柜信號(hào)電纜等，還要保留原PLC柜內(nèi)的DCS端子板。因有較多的DCS與PLC之間的DI/DO信號(hào)需要交互參與順控或聯(lián)鎖接將DCS的端子板放置在PLC的機(jī)柜內(nèi)，DCS的端子板與DCS機(jī)柜內(nèi)的卡件通過(guò)專用集成電纜連接，兩種系統(tǒng)之間的端子板直接通過(guò)散線連接。此舉可以長(zhǎng)度縮減在一個(gè)柜內(nèi)。guojia標(biāo)準(zhǔn)也要求安全儀表系統(tǒng)的儀表不應(yīng)同時(shí)用于DCS[1]。

溫度信號(hào)的連接：原PLC5設(shè)置有溫度卡，此類卡件成本較高，現(xiàn)在普遍選用類似安全柵形式的二次溫度變送器轉(zhuǎn)換4~20mA信號(hào)引入普通AI卡，由于溫度變送器較溫度卡成本更低，此舉可以減少儲(chǔ)備的系統(tǒng)卡件類型，降低整體系統(tǒng)維護(hù)成本。

輔助操作臺(tái)：非緊急類的旁路開(kāi)關(guān)以及各類型報(bào)警燈，用intouch軟件設(shè)計(jì)軟燈屏，通過(guò)操作站顯示器來(lái)指示報(bào)警狀態(tài)。此舉可以取消原PLC柜內(nèi)的硬操臺(tái)報(bào)警燈，大幅減少DI和DO的數(shù)量。改在操作站上以上位按鈕及畫(huà)面形式實(shí)現(xiàn)。保留輔操臺(tái)蜂鳴器的報(bào)警功能。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的供電：這一問(wèn)題主要是針對(duì)電磁閥，該裝置電磁閥大多是220VAC，電磁閥電源與系統(tǒng)卡件共用同一路外部電源。當(dāng)前主流設(shè)計(jì)要求給現(xiàn)場(chǎng)須與系統(tǒng)設(shè)備的供電分開(kāi)使用不同的電源[2]，避免現(xiàn)場(chǎng)單一設(shè)備受到強(qiáng)電干擾時(shí)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成影響，進(jìn)而影響現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備。所以在改造前，應(yīng)將220VAC電源分配成兩路，通過(guò)空開(kāi)進(jìn)行分配。

4 改造效果

改造后的SIS系統(tǒng)完整保留了原PLC的功能。增加了上位操作站，方便操作人員查看邏輯，檢查邏輯狀態(tài)，確認(rèn)開(kāi)停車原因，及時(shí)旁路故障儀表，保證產(chǎn)。儀表工程師可通過(guò)邏輯圖格式編程，效果比梯形圖更直觀、便捷；

從維護(hù)角度來(lái)看，新系統(tǒng)的生命周期相對(duì)較早，還沒(méi)有進(jìn)入成熟期，相對(duì)于幾乎停產(chǎn)的設(shè)備可靠性更高。上海自動(dòng)化儀表取消硬旁路、旁路指示燈、輔操臺(tái)報(bào)警燈以及大量減少了DI和DO的數(shù)量，這樣不僅能減少故障點(diǎn)，還能減少數(shù)字量卡件的用量和備件數(shù)量，從而減少系統(tǒng)維護(hù)成本。僅取消硬旁路開(kāi)關(guān)一項(xiàng)，節(jié)省的萬(wàn)元。