輸油管道數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)系統(tǒng)輸油泵啟停失敗的故障分析

徐國(guó)平

〔中國(guó)石化銷售有限公司華北分公司 天津 300384〕

我國(guó)油品在輸油管道運(yùn)輸中，長(zhǎng)輸管道的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)廣泛采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，它對(duì)管道全線進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理，為輸油生產(chǎn)安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

由于SCADA系統(tǒng)組成復(fù)雜，儀表自控設(shè)備種類多、數(shù)量龐大。不論自控設(shè)備故障還是機(jī)械設(shè)備故障都會(huì)影響輸油的生產(chǎn)運(yùn)行。從多年從事自控系統(tǒng)維護(hù)維修的工作來看，單個(gè)自控設(shè)備儀表故障可以迅速判斷故障點(diǎn)，而輸油泵啟動(dòng)、停止失敗因涉及到邏輯控制而較為復(fù)雜。輸油泵是長(zhǎng)輸油品管道的核心設(shè)備，穩(wěn)定運(yùn)行是安全輸油生產(chǎn)的前提。而輸油泵啟動(dòng)、停止失敗是較難查找的故障，需仔細(xì)分析判斷故障點(diǎn)。影響輸油泵啟停的因素很多，主要有電氣控制、泵機(jī)組本身、自控聯(lián)鎖、自控邏輯控制幾部分。

本文以筆者所在公司管道SCADA系統(tǒng)為樣本，對(duì)輸油泵啟動(dòng)、停止失敗故障進(jìn)行分析，側(cè)重于自控系統(tǒng)部分啟停泵故障的檢查分析，而不包含泵機(jī)組本身故障和電氣系統(tǒng)故障。此分析方法和步驟不僅適用于其它油品管道SCADA系統(tǒng)泵啟停故障分析，也適用于其它數(shù)字輸出/輸入(DO/DI)回路的故障分析。

1 輸油泵啟動(dòng)控制邏輯

啟泵前首先要滿足啟泵條件：泵入口閥門處于全開，出口閥門處于全關(guān)遠(yuǎn)控自動(dòng)狀態(tài)，泵入口壓力值達(dá)到最低啟泵要求，泵機(jī)組處于遠(yuǎn)控狀態(tài)無故障無保護(hù)報(bào)警，SCADA系統(tǒng)無聯(lián)鎖報(bào)警。

泵啟動(dòng)邏輯圖見圖1。

圖1 泵啟動(dòng)邏輯圖

調(diào)度員點(diǎn)擊啟泵按鈕后，SCADA系統(tǒng)自動(dòng)開啟泵出口閥門，閥門開啟到10 %開度時(shí)暫停，系統(tǒng)發(fā)啟泵信號(hào)，輸油泵運(yùn)轉(zhuǎn)后延時(shí)5 s，泵運(yùn)轉(zhuǎn)平

穩(wěn)后繼續(xù)開啟泵出口閥門至全開，當(dāng)泵按照啟動(dòng)邏輯完成啟泵過程后，泵啟動(dòng)成功信號(hào)復(fù)位。

實(shí)際啟泵操作步驟：在啟動(dòng)輸油泵之前，要先做好輸油準(zhǔn)備，導(dǎo)通輸油工藝流程上的相關(guān)閥門等設(shè)備，打開輸油泵進(jìn)口閥門，將油品引入到泵入口，然后開始點(diǎn)擊SCADA系統(tǒng)“啟泵”按鈕開始自動(dòng)啟泵過程。

2 輸油泵啟動(dòng)故障分析

啟泵故障：不具備啟泵條件；自控通訊部分故障；出口閥門故障；PLC機(jī)柜部分故障；泵啟動(dòng)電氣系統(tǒng)故障。

2.1 不具備啟泵條件

不具備啟泵條件時(shí)，啟泵按鈕是灰色的，不可啟泵操作，在泵操作控制窗口顯示“不滿足啟泵條件(閃動(dòng)、紅色)”。此時(shí)應(yīng)檢查泵、電機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)是否報(bào)警 ，泵入口匯管壓力值是否低于報(bào)警值等工藝條件。注意下列三項(xiàng)內(nèi)容：①檢查聯(lián)鎖條件投切表(表1)，哪個(gè)條件不滿足字體會(huì)變黃色，當(dāng)前值報(bào)警。②在泵操作控制窗口檢查出口閥的狀態(tài)應(yīng)是“自動(dòng)”、“遠(yuǎn)控”狀態(tài)。③經(jīng)過處理后，可執(zhí)行泵異常復(fù)位操作。此時(shí)應(yīng)該具備啟泵條件。

表1 泵聯(lián)鎖投切(啟動(dòng)條件)

續(xù)表1

2.2 調(diào)控中心點(diǎn)擊啟泵按鈕后泵啟動(dòng)失敗

⑴現(xiàn)象一：輸油站場(chǎng)泵出口閥門沒有動(dòng)作，泵沒有啟動(dòng)。原因有二：一是站控PLC系統(tǒng)未收到中心的啟泵命令；二是出口閥門故障。

檢查方法：查看SCADA系統(tǒng)事件記錄，如有操作失敗記錄，說明啟動(dòng)命令因中心與站場(chǎng)通訊原因未送到PLC上。此時(shí)如系統(tǒng)畫面提示“通訊正常”，可再次點(diǎn)擊啟泵按鈕，發(fā)送啟泵命令。如果點(diǎn)擊幾次啟泵命令，出口閥門還是沒有動(dòng)作，則需要單獨(dú)檢查出口閥遠(yuǎn)控操作是否正常。如系統(tǒng)畫面提示“通訊中斷”，則檢查維修調(diào)控中心與站場(chǎng)的通訊線路和通信設(shè)備。

⑵現(xiàn)象二：出口閥開度在10 %以下卡住。出口閥故障會(huì)造成控制邏輯不能執(zhí)行，觸發(fā)啟泵異常保護(hù)，而停止執(zhí)行啟泵邏輯。

檢查方法：出口閥的開度在10 %以下，是閥門卡住了。將出口閥“自動(dòng)手動(dòng)”切到手動(dòng)狀態(tài)，開關(guān)閥門。重點(diǎn)檢查出口閥遠(yuǎn)控操作是否正常、閥門開啟關(guān)閉是否順利、正常。

⑶現(xiàn)象三：出口閥開度停在10 %以上。泵電機(jī)不啟動(dòng)。故障在泵啟動(dòng)控制回路，分電氣和自控兩部分。重點(diǎn)檢查泵的啟動(dòng)回路PLC機(jī)柜端子排啟動(dòng)端子信號(hào)是否正常。

檢查方法：①根據(jù)圖紙或PLC機(jī)柜端子接線上的標(biāo)示，找到啟泵命令回路，測(cè)量PLC機(jī)柜啟泵回路端子上是否有高壓柜操作電源電壓(本例中為220V交流)，例如圖2中泵啟動(dòng)回路端子排TB19上137-138號(hào)端子。如沒有220V電壓則故障在高壓電氣端或者是高壓柜與PLC機(jī)柜間的連線斷路。如有220V電壓，一般故障在PLC機(jī)柜內(nèi)部。需檢查PLC機(jī)柜端是否發(fā)出了啟泵信號(hào)。②進(jìn)行單泵啟動(dòng)試驗(yàn)。將出口閥“手動(dòng)/自動(dòng)”狀態(tài)設(shè)置到“手動(dòng)”狀態(tài)。泵的電氣高壓開關(guān)柜設(shè)置到“試驗(yàn)”位置(只檢查電氣控制部分，輸油泵不啟動(dòng))。然后進(jìn)行啟泵操作，正常是發(fā)出啟泵命令后，PLC機(jī)柜內(nèi)泵啟動(dòng)回路繼電器上指示燈亮3 s左右，SCADA畫面上泵應(yīng)是運(yùn)行狀態(tài)。

拆除泵啟動(dòng)命令端子的進(jìn)線，在端子上并接上萬用表測(cè)量是否有啟泵信號(hào)，檢查在發(fā)出啟泵命令時(shí)，啟泵回路繼電器上指示燈亮3 s左右，同時(shí)兩端子是否會(huì)短路。如果有短路，表明PLC發(fā)出了啟泵命令，檢查PLC機(jī)柜端子排以后的線路和高壓電氣控制部分。

如果兩端子沒有短路，說明啟泵信號(hào)沒有到達(dá)PLC機(jī)柜端子。此時(shí)檢查PLC機(jī)柜內(nèi)部啟泵回路的繼電器是否動(dòng)作、接觸是否正常。如繼電器有動(dòng)作，則替換繼電器繼續(xù)檢查。如果繼電器沒有動(dòng)作，檢查繼電器24V電源是否正常，檢查DO卡件啟泵回路輸出是否閉合。

圖2輸油泵啟停控制電路原理圖

圖3 輸油泵、閥門狀態(tài)反饋電路

⑷現(xiàn)象四：現(xiàn)場(chǎng)泵運(yùn)行1min左右后，又停止運(yùn)行，SCADA畫面泵一直是停止?fàn)顟B(tài)。原因是：此時(shí)停泵是由于泵的運(yùn)行狀態(tài)電氣信號(hào)沒有反饋到自控系統(tǒng)，自控系統(tǒng)等待100 s后會(huì)判斷為泵沒有啟動(dòng)成功，觸發(fā)泵啟動(dòng)異常保護(hù)停泵。

檢查方法：找到泵運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)回路端子(TB9-161、162)。在端子上短路，看畫面泵狀態(tài)是否為運(yùn)行，泵為運(yùn)行狀態(tài)為電氣部分故障，泵為停止?fàn)顟B(tài)則為自控部分故障。自控部分故障，則依次短路檢查回路上保險(xiǎn)、防雷柵模塊、DI模塊輸出端。

⑸現(xiàn)象五：出口閥和泵單獨(dú)測(cè)試正常，如果這時(shí)正常啟泵還失敗，一般原因是管路壓力較高引起出口閥卡阻，造成啟泵失敗。

2.3 常見啟泵失敗的原因

常見啟泵失敗的主要原因是：

①不具備啟泵條件；②出口閥開關(guān)時(shí)好時(shí)壞，管路帶壓時(shí)開關(guān)出口閥門卡阻；③高壓電氣部分故障，不能啟動(dòng)泵；④PLC機(jī)柜內(nèi)泵狀態(tài)反饋回路故障(保險(xiǎn)管、防雷柵、DI模塊、接線)；⑤PLC機(jī)柜內(nèi)泵啟動(dòng)回路故障(繼電器、DO卡件、24V電源、內(nèi)部接線)；⑥出口閥沒有設(shè)置成自動(dòng)狀態(tài)；⑦外界干擾(對(duì)講機(jī))。

3 輸油泵停泵故障的檢查和分析

3.1 停泵邏輯

分析完啟泵故障后，再來看停泵故障，圖4是停泵邏輯。

圖4 停泵邏輯圖

3.2 停泵失敗分析

停泵失敗的原因和啟泵一樣有自控通訊部分、出口閥故障、PLC機(jī)柜部分故障、電氣系統(tǒng)故障?，F(xiàn)象有兩種。

①現(xiàn)象一：點(diǎn)擊停泵按鈕后泵出口閥門無動(dòng)作。出口閥故障會(huì)造成控制邏輯不能執(zhí)行。

②現(xiàn)象二：出口閥開度停在10 %左右。泵電機(jī)不停機(jī)，故障原因分電氣和自控部分。重點(diǎn)檢查泵的停泵命令回路PLC機(jī)柜端子排啟動(dòng)端子信號(hào)是否正常。

停泵檢查方法參照啟泵現(xiàn)象一、二、三檢查方法去檢查出口閥門和停泵回路。在此不在敘述。

3.3 不能停泵常見原因

(1)出口閥開關(guān)，時(shí)好時(shí)壞，帶壓力開關(guān)閥時(shí)卡阻。

(2)高壓電氣部分故障，不能啟動(dòng)泵。

(3)PLC機(jī)柜內(nèi)停泵回路卡件故障(繼電器、DO卡件、24V電源)。

4 檢修中的注意要點(diǎn)

(1)在實(shí)際啟泵故障檢查時(shí)，向當(dāng)班調(diào)度員、操作員詳細(xì)了解輸油泵啟動(dòng)、停止過程。根據(jù)操作過程、報(bào)警信息、事件日志等，確定是在哪個(gè)邏輯步驟失敗的。邏輯上不同的失敗點(diǎn)，重點(diǎn)檢查位置不一樣。根據(jù)上述分析，直接確定關(guān)鍵維修點(diǎn)，盡快修復(fù)。

(2)在檢查泵的啟停信號(hào)過程中特別注意，泵的啟動(dòng)、停止、急?？刂苹芈飞嫌?20V交流電，PLC機(jī)柜端子上有220V電壓，一定要注意操作安全。

5 結(jié)束語

本文對(duì)輸油泵的啟停自控部分電路、邏輯控制原因造成的泵啟停失敗做了分析，據(jù)本文方法能快速確定自控系統(tǒng)部分的故障點(diǎn)，避免自控系統(tǒng)故障影響輸油生產(chǎn)，做好自控系統(tǒng)的維護(hù)。

(1)做好SCADA系統(tǒng)的日常維護(hù)。每日例行巡查SCADA系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，檢查服務(wù)器、工作站、通訊設(shè)備、PLC卡件等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

(2)做好周期維護(hù)。定期做好數(shù)據(jù)服務(wù)器、工作站、PLC、RTU程序備份，做好各設(shè)備功能檢查、冗余檢查。

(3)每年應(yīng)對(duì)SCADA系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行一次全面檢查，要結(jié)合儀表春檢，儀表檢定(校準(zhǔn))與SCADA系統(tǒng)一起配合檢查。在全面檢查過程中重點(diǎn)測(cè)試聯(lián)鎖回路、泵操作回路。對(duì)于重點(diǎn)環(huán)節(jié)，關(guān)鍵位置的設(shè)備每次年度維護(hù)時(shí)要必做檢查，及早發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)解決問題，切實(shí)保障輸油生產(chǎn)安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。