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2 0 高桥石化 {故障分析 } 2号催化主风机仪表控制系统故障处理 炼油厂钟岚 摘要对我厂 2号催 化主风机组控制系统的故障情况进行 r丹析与总结 ． M错综 复杂的故障现象 中． 整 理出一些个 的看 址 与 体台 阐连 丁加强世表故障管理的重要性 在 日常 的工作中直注意积 累． 学会发现故障 解决故 障 最终遗 l 减少故障的 日的 美 复词 敲摩P L C频率变送器 喘振控带 I 转速系坑 2号 催 化主 风机组 从 1 9 8 8年投运 至今 ， 仪表 控制系统出现过各种各样的故障。通过对系统的 多次改进， 故障基本得到 了解决 在对有些故障 进行排除时 ， 往往当时并没有 比较清晰的思路 ， 会 有种 束手 无策 的感 觉 。只有经 过原 因分 析 、 整 理 ， 进行一些试验， 才能最终找到故障原因， 而将其排 除 。为 了让更 多 的技术 人员 了解情 况 ， 有所借鉴 ， 应该进行一些对故障的分析 总结工作， 以利于今 后的工作和技术水平的提高 。 以下就 2号催化主风机组仪表控制系统比较 有代表性的 P L C 可编程控制器 系统故障、 转速 系统故障和喘振控制系统 故障及处理情况进行分 析 和总 结 。 1 P L C系统故 障及处理 1 1 故障及改造情况 2号 催化 装 置 的主 风 机 组 原 设 计 的 P L C是 德 国西 门 子 公 司 的 s 5 1 1 5 U 型 ， 由其 实 现对 润 滑油泵的操作 及 自启动控 制 ， 以及对 机组的开停 机控制和保护联锁。 系统 自 1 9 8 8年底至 1 9 9 1年 1 1月， 前后发生 了多次非正常停机事件 ， 造成装 置停产。特别是 1 9 9 1年 l 1月接连发生 了两次停机事故 第一次是 1 9 9 1年 n 月 1日， 2号 催化主风 机组突然退 出 自动状态 ， 装置主风 自保。主风机 操作室的报警灯全亮， 此时控制主风机组 的 P L C 已停止运行 ， 自保联锁功能全部丧失 ， 甚至于操作 工手动停机也不 行。由于 P L C输出 的电机跳闸 信号是“ 高电平 ” ， 故此时电机仍在运行。过了几 分钟 ， 因电机超负荷而跳闸停机。引起这次故 障 的原因 是 P L C的 C P U 中央处理模板 故障 第二次是 1 9 9 1年 u 月 2 5口， 2号催 化装置义 一 次主风 自保 这次情 况与第 一次不同 控制机蛆 的 P L C处于停机一 运行 上下跳 跃 状态 由此造 成 现场 阀门“ 关” 、 “ 开” 波 动 ， 使 主 风 机发 生 喘振 而跳 闸停 机 。此次也是 由于 P L C的 C P U模 板故障造成 。 这两次故障， 不仅造成装置停产 ， 且引起主风 机喘振及电机超负荷 ， 给生 产和设备均带来较大 危害， 故提高 P L C的安全可靠性 已刻不容缓 经调 查 ． 得 知 西 f 1 子 公 司 的 S 5系 列 P L C 中 的 s 5 1 1 5 H型扩展了 s 5 1 1 5 U型的操作系统一 它由两个 子单 元组 成 ， 经高 速 平行 接 口连 接 成 系统。两子单元“ 同步” 工作 ， 既能进行“ 自我故障 诊断” ， 又能互通信息、 相互诊断 ， 还具有 自动切换 功能， 系统具有容错功能。 经 过一段 时 间 的技 术 调 查 及 可行 性研 究 ． 实 施 P L C改型 项 目， 改用 S 5 1 1 5 H 型 。1 9 9 2年 4 月项 目实施完成 ， 且一次投运成功 。 1 ． 2 改造后故障情况及处理 经过 改造后 系统仍 出现过多次故 障 这些 故障大部分是在停工 检修 结束 后的开 车阶段 出 现， 这使我感觉到故障的发 生是由于维修 人员对 P L C系统技 术 了解不 够 ， 在 系统 岸 、 开 机 的 断 、 送 电过程中操 作失误 引起。这些故 障非 P L C系统 本身的问题 ， 是可以避免的。 改造后 P L C系统的可靠性有了较大提高 、 坦 收稿日期 2 o o 1 0 3 0 2 作者简舟 钟岚 ． 男 ． 1 9 6 2年 1 t 月 生， 高级工程 师 ．1 9 8 3 年毕业 于上海化 专化工自动 化及担表 专业 ． 现在拣油 厂计量动力 科M事过程 控制仪表管理工作 外委评闷 孙大绮 维普资讯 第 l 6卷 第 3期 钟岚2号催 北 主风 机 幔 表 控 制 系统 故 障处 理 系统本身仍存在 一些不完善的地方， 特别是经过 1 9 9 6年 4月的故障与 8月 的检查 、 试验 工作后 ， 对 s 5 一 l 1 5 H型 P L C性 能 的 缺 陷 有 了进 一 步 的 了解 1 9 9 6年 4月底 ． P L C发生多次故障。系统诊 断为 I 6 ． 7输入点故障。该输入点故 障夸人费解， 诊断出的这点输入 地址 ， 在用户软件中根本没组 态 这一故障一时无法消除。系统故障时无故输 出 ． 造 成 6次 电 机脱 电 网， 虽 没有 停机 ． 但 给生产 带来一些影 响。工艺切换 备机后 ， 进 行检查、 试 验． 更换了输入 卡、 通讯卡及电源卡后 ． 输入点故 障才被消除。最后为防止 P L C系统受不明干扰 影响 ． 在 电机 脱 电 网 输 出后 加 了 0 ． 5 s的延 时 ， 故 障处 理告 一段落 。 1 3 P LC故 障分 析与总 结 1 9 9 6年 8月 ， 在停 工 检 修 阶段 ， 对 P L C进行 了比较全面 的检查 和试 验 从 I ／ O故 障模 拟到 设计测试软件进行试验 ， 整个过程进行了 l 0天。 根据试 验过 程 中 的各 种 现 象 ， 我进 行 了分 析 与总 结 ， 仅 供 参考 1 由于采 购 时 问 的不 同， C P U 板有 不 同 的 版本区别 ， 而第 2 、 3版 C P U 的系统软件与我厂这 套系统 配 置不 匹配。为 此专 门拷 贝 了第 l版 C P U 的 EP R O M 可插 卸存 储器 ， 将第 3版的 C P U 改用第 1版 C P U 的 E P R O M， 从而船决 了 C P U 的备品问题。由于 P L C生产 厂家的技术改 进 ， 卡件的可靠性有所提高， 但也给用户带来配件 更换等技术 困难。我们不 仅要 掌握原系统 的性 能． 而且对生产厂家的技术改进情况也要 有所 了 解． 这给我们带来 了新的课题。 2 西门子公司的 s 5系列 P L C， 其 I ／ 3卡件 的故障较多。特别是某些故障， 如光耦击穿， 用户 无法判断， 系统也无法诊断。而这种故障极易引 起 2号催 化 P L C的 C P U 自诊 断功 能 混 乱 ， 甚 至 造成 C P U损坏。对此维护技术人员必须给 以足 够的重视 。当出现 I ／ O故障时 ． 即使是随机性故 障， 也应立即更换 I ／ O卡件 ， 避免导致严重故障。 3 P L C的 电源 卡 ， 运 行 较 长 时 间后 ， 电源质 量可能会下降， 易造成系统故障， 特别是一些无法 查清的故障， 严重的可能导致卡件损坏 这就要 求我们进一步完 善仪表维护、 检修 的管理 。对关 键装置重点部位的仪表设备完 善定期、 定点的测 试 规 程 细 节无 法测试 的仪 表或 卡件 ， 则应根 据具 体设备确定更换周期。 4 由于这 套 P L C 系统的 [ ／ O配 置 为双 通道 型 虽然 I ／ 也 具有 了冗余 功 能 ， 但 C P U 的 故障 诊 断与定 位 系统 异 常 复杂 ． 很 容 易 造成 误 判 这 是该套 P L C系统 本身无 法 避免 的 缺陷 另 外 ． 由 于这套 P L C系统对停电、 送电的操作要求非常苛 刻 ． 极易造成 C P U卡的软件丢失和硬件损 害， 为 了预防 由于操作 错误而 发生 的 P L C故 障 ． 特制 订 了较 详 细 的 操 作 步 骤 和 注 意 事 项 。 这 几 年 该 P LC运行 稳定 5 s 5 1 1 5 H 系统 安 全 性 确 实 也存 在 一 些 缺陷． 这不仅需要对用户程序 的台理设计来弥补 ． 更需要靠操作 、 维修 人员的有效工作来弥 补浚 P L C系统的故障查询较 繁琐 ， 模板更换 、 维修 的 规定较多． 用户程序较复杂 ， 这就对操作 、 维修人 员提出了较高 的要求 ， 加强对 人员的培训就显得 尤为 重要 。 2 转速 系统改进 2 1 原转速 系统缺 陷 催 化烟气轮 机 的“ 转 速 控制 ” 与 “ 超 速 联 锁 保 护” 。属于机组控制 中极重要 的保护 内容当机 组 处 于发电工 况时 ， 电机 一旦脱 网 ， 机组会 发生 超 速现象。这就要靠系统进行控制和保护否则就 有机毁人亡的可能 2号催化烟机组的“ 转速 控 制” 与“ 超速联锁保护” 原设计见图 1 转速 A 转速 B 转速 C 图 l转 速 系统 设 计 方 案 图 1中三个转速信号经过 F RI S E N 公 司 的频率 变送器 转 变 为 4～2 0 n z k标 准 信号 送人 单 回路可编 程调节器 ， 经高选后 ， 调节 器输 出 4～ 2 0 mA信号控制烟机人 口阀； 另外调节器还输出 1 个 接点信 号 ， 实现联锁 保护 控 制。 系统 1 9 8 8年投运 后 ， 在 实 际运行 中出现过 多 次 故障 ， 并 且有 些故 障极难查 出原因 ， 往往表 现 为 无缘无故的超速跳闸和调节器输 出震荡。由此可 见 ， 这样的设计虽然可行 ， 但存在较多缺陷 1 容易引起误动作停机。一旦在频率变送 维普资讯 高桥石化 器输入端有高频干扰 串人 ， 调节器将发 出超速信 号 ， 引起 P L C联锁 保 护动作 ， 造成停 机 。 2 困 8 O年代频率变送器的质量 、 功能所限， 变送器 4 ～2 0 mA输出信号带有明显的交流分量， 而且其频率与变送器输入相 同。三路信号极易相 互干扰和影响 为此我们采取了多种办法 ， 如； 隔 离、 滤波、 基准电位台并等 ， 但都没有从根本上解 决 问题 。 3 没有将“ 转速控制” 与“ 超速联锁保护” 的 信 号分开 ， 使 “ 控 制” 与 “ 联 锁 保 护” 混 在 一起 。这 样为了保证机组的安全 ， 就不得不采用三取一 高 选 的逻辑实现联锁保护功能 ， 从而大大增加了误 停机 的概 率 ， 降低 了系统 的“ 可 用度 ” 。 2 ． 2 转 速 系统 的改造 鉴于以上这些缺陷 ， 1 9 9 8年我们对 2号催化 烟机组的“ 转速控制” 与“ 超速联锁保护” 进行 了改 造 见 图 2 。 转畦 转速 图 2转速 系统改造方案 改造 方案的中心 内容就是将频率变送器 由 T RI --S E N仪表更换 为 9 0年代 的 P I R P AX转速 表 ， 型号 为 TAcH P AK3 。 T Ac HP AK 3是一 种数字 式频 率变 送器， 它用微机调节 ， 分析来 自传感器 的频率输入信号 ， 并把它输 出。它采用一个称为自适应周期求平均 值的数据采集方案， 即唯一频率测量法， 运用这种 方法 ， 平均周期数随着频率变化以获得最佳精确 度在输入频率 不小 于 1 0 0 H z时， 输 出每 3 0 m s 改变一次 T A c H P A K3提供 了三种可标刻度 的输 出 类 型 A 0 ～l mA直 流表输 出 B 0 --2 0 n k A ／ 4 ～2 0 m A直流模拟输出 C 4个继电器 定值 另外 ． 应 用 T A c H P A K3时 ， 首 先应 确定 在 系统 中变送 器 的每个输 出如何 动作 ， 然后通 过 T A C H P A K3的 内装 控 制 盘 输 人 信 息 “ 常 数 ” 。 存储在 T A c HP A K3中 的 常 数 ， 可 单 独 观 察 和 改动 ， 存储 器是 电可改 只读存 储 器。 改进后 的转 速 系统 具 有如 下 一 些特 点 1 更换 了 3台频 率 变 送 器 ， 采 用 T Ac H P A K3数字量转速表 ， 它不仅有 4 ～2 0 m A 输 出． 还 提供 4点 可 随意 设 定 参数 的 开关 量 输 出 ， 这 为 “ 过程控制 ” 与 “ 联锁 保 护 ” 分 开提 供 了手段 ， 方案 的实施也较方便。数字式仪表使得信号质量大大 提高 ， 抗 干扰性 能提高 ， 功 能特 别强大 。唯 的缺 陷是信号的响应可能存在死 区 但实际证明不 影 响过程控 制 。 2 “ 过程控 制” 与“ 联锁 保护 ” 分开 ， 联锁 保 护 采用“ 三取二” 逻辑。不仅提高 了系统的可靠性 ． 也为 E t 常运行时的维护保养提供 了可能， 同时将 大大减少设备误动作停车 3 为了最大限度地保持原系统的整体性 ． 尽 量减少变 动 。由 于 P L C为 双 重 化 设 计 ， 因 此 ， 原 设 计缺少 的“ 超 速三取 二” 逻 辑 ． 没 有在 P L C 中实 现， 而是利用频率变送器 的开关量输出、 硬连线实 现的。这样 既避 免 了 P L C逻 辑 的变动 ． 整 体 改 动 较小 ． 也 比较恰当地完成 了不同冗余系统的连接 歇陷是在 系统 中还 存在运行 时无法维护的部分 即从变送 器 到 P L C的 信号 连接部 分 。 系统 改造完 成后 ， 已运 行 了两年 多时 间 ． 没 有 发生过 “ 转 速控 制” 与 “ 超 速 联锁 保护 ” 的误 动作 ． 是我厂 2号催化 装置生 产 特别稳 定的 时期 。 3 喘振控 制 系统的故 障 3 ． 1 喘振 控 制系统的故 障 及处理 主风 机喘振 控制 系统 ． 既 是 压 缩 机 的重 要 孛 制内容 ， 也是其重要的联锁 保护 内容。2号催化 主风机的喘振控制是靠 F O X B O RO公 司的 7 6 0 单 回路可编 程调 节 器 实 现 的 ． 十多年来 还没 有 出 现过故障情况， 2 0 0 0年 l 2月第 一次 出现了故障。 从故障处理过程可发现许 多技术及其管理一 h 的薄 弱 环节 。 首先发 现 F 1 1 3与 F 6的量 程 符 ， 进 行 J 修改， 将 F 1 l 3原来的 l 2 k P a改为与 F 6相 同的 l 8 k P a 。接 着在 主 风 机 开机 后 发 现 F 1 0 7与 F 1 1 3 及 F 1 1 6的 显示 值 不 同 ． 误 以 为是 修 改 量 程 的 缘 故而 改回 原 量程 。 又发 现 F l l 3与 F 1 l 6的 数 值 在慢慢变小 ， 解除联锁， 检查后发现是由于引压管 维普资讯 第 l 6卷第 3期 钟岚2号催化主甩机 仪表 控制系境故障处理 接 头松 ， 造 成泄漏 ． 处理 好 之后又发 现 7 6 0调节器 存在 问题 ， 在 F 1 1 6示值 到 0时 ， 调 节 器并 没喘振 报警 ， 即虽 然这 时的 主风机 出 口压 力为 正常值 ， 而 调节器 的喘振报警点 为负值 ， 报警设定失灵经 过一 系列检查和试验工作后 ， 只能将 7 6 0调节器 更换 为 7 6 1凋节器 ， 从 而 完成 了 7 6 0调 节器 的故 障处 理 工作 。 7 6 0与 7 6 1调 节 器 蛆 态 的 内 容 有 许 多 不 同 处 ． 需说 明一下 1 7 6 1 调 节器 是 在 7 6 0的基 本 功 能 上 扩 展 而来 的 功 能上 的 主 要 区 别 在 于 7 6 1调 节 器 在 报警 、 回路标识符显示、 计算和内部信号以及开关 切换 等方 面 增加 了灵 活性 ； 增加 了批 处 理 以及一 个非 自适应的付 回路控制器 ； 还增加了动态补偿 ， 串行通 信 ； 扩展 了布 尔逻辑 运算能 力 。 2 7 6 1调节器 由于增加 了许 多内容， 凡属于 增 加 内容 的组态 均可 不进行 设置 。 3 7 6 l 调节器在组态时 ， 将给定值组态 S E T P T、 测量值组 态 ME AS与输人组态 I N P UT S分 开。在ME A s 组 态 中．增 加 信 号 源 组 态 S O UR C E， 此项设置为 C AL C 1 。我们在输入信号 后增加了计算模块 C A L C 1 A ／ C。另外， 曲线设 置 C P L g R的组态 ， 改在计算模块 c AL c中进行 。 4 7 6 1调节 器 的 A／ I v I 、 R 几 的 组 态 均 有开 关 模 块S WI TC H 与 重 新 启 动 状 态 模 块 S T A RT UP 。我们设 置模 块 S WI TC H 为 O ， 设 置模块 S T ．A R T UP分别为 A、 R， 使调节器始终处 于 自动 状 态及远程 设定 状 态。 5 更 换成 7 6 1 调 节器 ， 在进行 选择 口令调整 参数 S HO WO P组态时， 考虑到安全性 ， 将原设定 为 YE S的 A L A R MS和 L I MI T S改 为 N O。 6 在组态 7 6 1 调节器时， 不能忘记进行校验 调 试 C ．A L I B。不 仅 要 对 输 人 I N P UT S 的 零 位 Z E R Q 满 度F S 进 行 校 验 ，还 要 对 输 出 OUT P UT S的零位、 满度进行校验 。否则， 很容易 造成无法控制或控制精度不准。 在 7 6 0调节器故障处理完后 ， F 1 1 3的显示值 比F 1 0 7要 大 3 0 k in ／ h ， 属 不正 常现 象。检查 了 D C S组 态后发 现 ， Fl 1 3的流量值 与差压 是普 通的 平方关系． 而实际应该是 曲线补偿关系。这一曲 线补 偿关 系在 原 7 6 0调节器 的组态 内容 中很清楚 地表 示 出来 ， 于是对 DC S组态 内容进 行修 改 ， F l 1 3 、 F l 1 6的显示值与 F 1 0 7完全符合 ， 至此整个 故 障处理过 程全 部结 柬。 3 2体会 与看 法 1 首 先 F l 1 3与 F 1 1 6是 同一 检 测 点 ． 长 期 以来一直没发现它们使用不 同的仪表量程， 这 种 现象是 不正 常 的 ． 这 充 分 暴 露 了 目前 这 方 面技 术 管理 的薄弱 2 造成 F 1 l 3与 F 1 1 6仪表量程不同的原因 是竣 工资料 的错 误 目前 还存 在 这 样 的 情况 ． 出 竣 [ 图的人可能对工程细节 r解不够 ， 因此只能 抄袭 施工 图 而 且 目前仪表 实际 使用 的 纸往往 是施工图， 而非竣工图。另外． 由于人员变动造成 资料的缺乏给工作带来很大困难；随着新技术 、 新产 品 的不 断应 用 ， 系统复杂 程度 的 增加 ． 人员 变 动 ， 加 强技术 资料 的 管理 已刻 不容 缓 3 这次 7 6 0调节器故障是在 F 1 1 6引压管线 泄漏 情况下 发现 的 ， 如果不 出现泄 漏 ． 很 可能 故 障 发现不了， 后果不堪设想。这就提醒了我们 ， 对这 种重要部位 的特殊仪表一定要 严格 执行 周期校 验 、 测 试的规 定 。 目前 ， 对 于 这类 数 量 较 少 、 棱 验 方法较特殊的仪表 ， 还没建 立专 门的测试 操作规 程， 这需要我们化大力气去整改。 4 在对 7 6 1调节器进行组 态时 、 在对原 7 6 0 漏节器 组 态 内容 完 全 理解 的 情 况 下 ， 修 改 了 S HO WO P的安 全性 组态 内容 ， 这 使 系统 运行更 安 全 。而在对 7 6 1调 节器 进行 组 态 时 ， 遗 漏 了辅 助 输出 O UT 2的组态 ， 这又是非常不应该 的。我们 必须 注意 ， 对仪 表进 行 软件组态 时 ， 一个很小 的失 误会 导致严重 的后 果 。 4结束语 仪表故障有简单的， 也有 比较复杂的。对 一 些简单故障 ． 我们只要掌握了仪表的原理、 结构与 性能， 就能处理 了。而对比较复杂的仪表故障， 处 理方 法在 书本 上往 往找 不 到 ． 因此 分 析 与 总结 就 显得更加重要 。作为仪表专业技 术人员 ， 对任何 仪表设备的应用都 必须重视两方 面的 内容 一是 该 仪表 的原理 、 结构 及性 能 ； 二是 该仪 表 的故 障情 况及处理方法。我 们要 在 日常 的工作 中注意积 累， 学会发现故障、 解决故障， 最终达到减少故障 的目的， 这样才能更全面地掌握仪表设备 ， 真正提 高仪表技术水平， 也只有这样才能更好地完成仪 表设备管理的任务。 维普资讯