化工自控系統(tǒng)維護(hù)管理綜述

吳海會

（蘭州新區(qū)石化產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限公司，蘭州新區(qū) 730030）

0 引言

自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展使控制系統(tǒng)的硬件積木化、軟件模塊化、控制組態(tài)化、通信網(wǎng)絡(luò)化，且系統(tǒng)更具開放性、兼容性、互換性[1]。DCS（Distributed Control System）是人機(jī)交互系統(tǒng)；SIS（Safety Instrument System）是非人機(jī)交互系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)鎖緊急停車功能；CCS（Compressor Control System）兼具DCS 和SIS 的功能，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和聯(lián)鎖停車保護(hù)大機(jī)組；GDS（Gas Detection System）針對火災(zāi)和有毒氣體泄漏而設(shè)計，與SIS 功能相似。這些控制系統(tǒng)的應(yīng)用避免了高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害生產(chǎn)裝置的檢測和控制出現(xiàn)盲點，使工藝生產(chǎn)流程更加平穩(wěn)可控，保障人員與裝置的安全。因此，化工生產(chǎn)中控制系統(tǒng)的可靠性離不開專業(yè)的維護(hù)、管理。

1 資料管理

生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)故障除了用于測量溫度（T）、壓力（P）、液位（L）、流量（F）、成分（A）的各類儀表之外[2]，控制工藝參數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)的軟件集成和硬件集成等部分的故障都直接影響控制系統(tǒng)的控制功能。在生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)資料是否完整、接線標(biāo)識是否準(zhǔn)確、檢修維護(hù)記錄是否詳盡，是提高上述故障檢修效率的關(guān)鍵因素。

1.1 軟件操作手冊

控制系統(tǒng)組態(tài)是否準(zhǔn)確，可以通過學(xué)習(xí)軟件操作手冊幫助儀表人員認(rèn)識各種功能塊的作用和使用方法，并以此為基礎(chǔ)解讀組態(tài)是否出現(xiàn)偏差。因此，對于自控系統(tǒng)后備力量的培養(yǎng)，可以軟件操作手冊為著手點，在PC 機(jī)上安裝組態(tài)軟件進(jìn)行常態(tài)練兵，避免維護(hù)過程中直接接觸正在運行的控制系統(tǒng)，導(dǎo)致非計劃停車事故。

1.2 硬件操作手冊

控制系統(tǒng)硬件操作手冊幫助自控技術(shù)人員掌握硬件設(shè)備的性能特點，硬件組態(tài)過程中各類卡件、端子板、元件的具體功能，以及接收或輸出信號的形式及接線形式，明確各類指示燈的具體作用等。在系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)和技改技措的實施過程中，做到有的放矢，保障系統(tǒng)的可靠性。

1.3 報警聯(lián)鎖邏輯圖

報警聯(lián)鎖邏輯圖是將輸入的各種具有邏輯性的物理量，通過功能塊的邏輯運算，最終把邏輯運算結(jié)果通過輸出模件送至現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)或操作顯示屏上，用遠(yuǎn)程自動控制方式完成裝置停車與開車，保障工藝操作的安全性、時序性和備用性。若生產(chǎn)過程中發(fā)生聯(lián)鎖安全事件，可立即確定出現(xiàn)問題的工藝參數(shù)，圍繞出現(xiàn)異常的工藝參數(shù)，討論系統(tǒng)組態(tài)、現(xiàn)場儀表、工藝控制等各方面原因，避免裝置出現(xiàn)同樣事故。

1.4 系統(tǒng)回路圖

工藝操作的目的是控制T、P、F、L、A 這5 大參數(shù)。在生產(chǎn)過程中，控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工藝上游或下游相關(guān)參數(shù)的變化，在規(guī)定范圍內(nèi)對本裝置的工藝參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整。自動調(diào)整的過程根據(jù)工藝控制的復(fù)雜程度，有簡單控制回路、復(fù)雜控制回路[3]（包括串級控制回路、分成控制回路、比例控制回路等）?？刂葡到y(tǒng)回路是從現(xiàn)場儀表采集的信號進(jìn)入控制器，經(jīng)控制器中組態(tài)軟件的計算表決，將結(jié)果輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。若工藝控制不夠平穩(wěn)和順暢，就需要儀表和工藝合作，分析控制方法是否合理、PID 參數(shù)設(shè)置是否合理、現(xiàn)場儀表選型是否滿足工藝條件等情況。

1.5 端子接線圖

控制系統(tǒng)在信號采集、信號處理、信號輸出過程中發(fā)生的任何故障都會影響控制系統(tǒng)的控制功能。在檢查維護(hù)過程中，故障排除過程依次是：現(xiàn)場儀表→現(xiàn)場接線箱→機(jī)柜間。若現(xiàn)場儀表和中間接線箱都沒有問題，應(yīng)查看控制系統(tǒng)端子接線圖，檢查機(jī)柜接線是否準(zhǔn)確，回路中的每一個元器件的工作性能是否完好。

因此，軟件操作手冊、硬件操作書冊、報警聯(lián)鎖邏輯圖、系統(tǒng)回路圖、端子接線圖等控制系統(tǒng)資料是控制系統(tǒng)維護(hù)的根本依據(jù)，這些資料必須在對應(yīng)的工程師站保存一份，如有變更，應(yīng)記錄清楚，做到資料與控制系統(tǒng)的硬件、軟件相一致。便于技術(shù)人員在事故發(fā)生的第一時間找到對應(yīng)資料排除故障，保證裝置的安全、平穩(wěn)運行。

2 日常管理

2.1 軟件管理

控制系統(tǒng)軟件有應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。應(yīng)用軟件：為完成生產(chǎn)過程監(jiān)控所需要的工程軟件。系統(tǒng)軟件：為控制系統(tǒng)專門設(shè)計的軟件，用以促進(jìn)工程軟件的運行和維護(hù)。應(yīng)用軟件的組態(tài)修改和系統(tǒng)軟件配置更改必須按照相關(guān)管理制度，經(jīng)過各級領(lǐng)導(dǎo)審批后才可進(jìn)行。為防止控制系統(tǒng)工程文件和操作系統(tǒng)軟件故障導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)工程文件和操作系統(tǒng)軟件應(yīng)定期備份并妥善保管，做到積極預(yù)防、及時發(fā)現(xiàn)、快速恢復(fù)。

2.2 聯(lián)鎖管理

聯(lián)鎖是裝置安全、平穩(wěn)運行的紅線，聯(lián)鎖確保生產(chǎn)工藝不因超溫、超壓、超流量、超液位、超組分而導(dǎo)致生產(chǎn)事故發(fā)生，設(shè)備不因超溫、超振動、超位移、電機(jī)過流等發(fā)生設(shè)備事故。因此，報警聯(lián)鎖邏輯圖是控制系統(tǒng)組態(tài)的重點內(nèi)容之一，應(yīng)嚴(yán)格按照管理制度執(zhí)行，不碰觸安全底線，才能實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。為確保裝置在受控狀態(tài)下運行，聯(lián)鎖管理包括聯(lián)鎖的分類、分級，報警聯(lián)鎖臺賬的建立，聯(lián)鎖的增設(shè)、取消、設(shè)定值變更管理，聯(lián)鎖切除、投用的審批程序，聯(lián)鎖申請票的管理，聯(lián)鎖動作后的事故處理等方面。

2.3 密碼管理

密碼管理，控制系統(tǒng)根據(jù)操作權(quán)限的不同，需要設(shè)置多級密碼并定期變更，密碼設(shè)置和定期變更應(yīng)都記錄在密碼本上，密碼本應(yīng)雙人保管，防止密碼外泄并保證密碼有效性。密碼管理制度對企業(yè)安全、平穩(wěn)生產(chǎn)的重要性在于防止沒有授權(quán)的人員非法進(jìn)入系統(tǒng)，擅自更改控制策略、應(yīng)用程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。同時，保證在緊急情況下，技術(shù)人員可以進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)工作。

2.4 防病毒管理

控制系統(tǒng)感染病毒后，會通過工控網(wǎng)傳播，使系統(tǒng)軟件遭破壞或更改，導(dǎo)致操作系統(tǒng)死機(jī)及應(yīng)用軟件失去運行環(huán)境；應(yīng)用軟件中的邏輯控制組態(tài)內(nèi)容丟失，會導(dǎo)致控制功能錯誤或缺失?？傊刂葡到y(tǒng)病毒感染使整個控制系統(tǒng)癱瘓，生產(chǎn)裝置處于嚴(yán)重危險狀態(tài)。

控制系統(tǒng)防病毒策略分軟件方法和硬件方法，軟件方法是安裝防病毒軟件或設(shè)置系統(tǒng)運行軟件白名單；硬件方法是設(shè)置防火墻或從管理方面控制數(shù)據(jù)流向。

控制數(shù)據(jù)流向的主要工作是阻止工控系統(tǒng)與PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；控制系統(tǒng)硬件需專業(yè)人員上鎖管理；無審批，不可更換、拆除、外借挪用；每臺工控機(jī)應(yīng)有專用安裝盤和數(shù)據(jù)備份盤，不可交叉互用；所有工控機(jī)的USB 接口、光驅(qū)、軟驅(qū)等外部接口一律禁用并定期檢查， 安裝軟件必須是正版，不能安裝與生產(chǎn)無關(guān)的軟件等。

2.5 機(jī)柜間、工程師站管理

進(jìn)出機(jī)柜間、工程師站必須登記；機(jī)柜間、工程師站應(yīng)保持干凈整潔，定期打掃衛(wèi)生；機(jī)柜間、工程師站內(nèi)部應(yīng)保持規(guī)定的溫度、濕度、壓力；機(jī)柜間、工程師站應(yīng)每天巡檢，檢查系統(tǒng)硬件（模件溫度、UPS 電壓等）是否正常工作并進(jìn)行系統(tǒng)自診斷情況檢查；機(jī)柜間、工程師站禁止使用強(qiáng)電磁干擾設(shè)備，保證控制系統(tǒng)硬件的壽命，延長控制系統(tǒng)的使用周期。

控制系統(tǒng)日常維護(hù)管理應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行各項管理制度，將硬件檢修、邏輯組態(tài)、參數(shù)修改、密碼變更、防病毒檢查等工作分類做詳細(xì)記錄，確?？刂葡到y(tǒng)運行處于可控狀態(tài)。

3 檢修維護(hù)

3.1 下電、上電

控制系統(tǒng)上電、下電的操作不規(guī)范，會導(dǎo)致系統(tǒng)機(jī)柜中的元件損壞、組態(tài)紊亂、PID 參數(shù)丟失。因此，控制系統(tǒng)下電應(yīng)先斷開回路電源開關(guān)，再斷開控制器電源開關(guān)，最后斷開UPS 電源總開關(guān)；控制系統(tǒng)上電是下電次序的反向動作。

3.2 清灰

控制系統(tǒng)灰塵沉積在集成塊和其它電子元器件上，會降低其散熱性能，導(dǎo)致集成塊和電子元器件工作異常，甚至損壞；導(dǎo)電性灰塵會使絕緣材料絕緣性降低造成短路；絕緣性灰塵會使插件觸點接觸不良造成斷路。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行清灰。

清灰之前系統(tǒng)應(yīng)斷電，帶靜電手環(huán)；清灰工具不能選擇容易脫毛的筆刷；用于外圍設(shè)備的洗劑選用中性。模件的清理應(yīng)從機(jī)柜里拆出后，用羊毛刷子清理，灰塵過多需用無水酒精清潔。風(fēng)扇清灰用手抵住葉片，用刷子清理后再用濕布擦干凈。清理困難的部位，如模件插槽可用吹風(fēng)機(jī)將灰塵吹出機(jī)柜。模件清灰過程中，力量要適中，防止碰掉主板表面的貼片元件，或造成元件松動以致虛焊。機(jī)柜清灰后應(yīng)對機(jī)柜端子、隔離器、安全柵等元件的接線是否牢固進(jìn)行檢查。

3.3 點檢

點檢是指化工裝置停車檢修期間，對控制系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行全面檢查、診斷和排查，并對系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行針對性處理。

硬件方面對控制系統(tǒng)機(jī)架、模件、風(fēng)扇、電源等硬件的功能驗證，對系統(tǒng)的冗余、容錯功能及在線維護(hù)功能測試，如在線更換卡件、在線組態(tài)、在線軟件下裝等。軟件方面對控制系統(tǒng)的每個IO 點進(jìn)行測試，確定應(yīng)用軟件中的回路控制邏輯，報警聯(lián)鎖邏輯的準(zhǔn)確性。

3.4 軟件、硬件升級

化工企業(yè)應(yīng)與控制系統(tǒng)廠家保持聯(lián)系，根據(jù)系統(tǒng)運行情況，檢修期間對控制系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行升級，升級的目的是為了清除系統(tǒng)中存在的漏洞（bug）并釋放內(nèi)存，從而提高控制系統(tǒng)的運行安全性、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理速率。

為保證控制系統(tǒng)在下一周期安全、平穩(wěn)運行，檢修期間應(yīng)視控制系統(tǒng)運行情況對軟件和硬件進(jìn)行升級。停車檢修前、后應(yīng)做好控制系統(tǒng)工程文件備份；控制系統(tǒng)維護(hù)管理主要的工作是清灰、點檢并詳細(xì)記錄檢修、維護(hù)的項目和過程。

4 備件管理

控制系統(tǒng)備件管理可避免備件囤積過多導(dǎo)致維修基金積壓，備件儲備過少影響控制系統(tǒng)正常工作?？刂葡到y(tǒng)卡件應(yīng)每一種類型備用一塊，安全柵、繼電器、保險等元器件應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)運行過程中使用的種類和數(shù)量按比例備用。記錄控制系統(tǒng)維護(hù)、檢修所消耗備件的數(shù)量，若干生產(chǎn)周期后，對控制系統(tǒng)中各類備件數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，使控制系統(tǒng)備件管理上臺階。

5 結(jié)語

DCS、SIS、CCS、GDS 在各自配置規(guī)范下集成并無縫鏈接在一起，組成功能更完整的過程控制系統(tǒng)PCS（Process Control System），實現(xiàn)化工安全生產(chǎn)一體化控制，從對控制系統(tǒng)的資料管理、日常維護(hù)管理、檢修管理和備件管理細(xì)節(jié)著手，闡述控制系統(tǒng)維護(hù)、管理原因和管理方法，對于石油、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域控制系統(tǒng)長期、穩(wěn)定運行具有實際的指導(dǎo)意義。