化工仪表自控系统的故障诊断分析方世博

方世博

关键词：自控系统；故障处理；化工仪表

引言

伴随化工行业的快速发展，国家对化工企业安全生产有更高的要求。化工仪表是化工企业的重要设备之一，为工作者提供参数检测、数据控制等信息内容，如若发生仪表故障问题，则影响化工机械的正常运行，甚至给化工企业带来巨大的经济损失。所以，化工企业应对仪表故障的检测与维修工作给予高度重视，并全面落实相关检修标准规定，降低仪表故障的频率，确保化工企业各项生产工作有条不紊地进行。

1化工仪表自控系统的主要组成

化工仪表自控系统一般由检测单元、变送转换单元、控制单元和执行单元四大部分组成，它们之间主要是通过各种信号进行串联，以实现其功能。在控制回路中，可以将电信号视为一个能流，根据它的流动方向和流动状态，查找故障发生的位置。在自控系统中，电信号主要分为模拟量信号和数字量信号，能流根据参照物不同分为输入和输出信号，因此有模拟量输入信号（AI）、模拟量输出信号（AO）、数字量输入信号（DI）、数字量输出信号（DO）4种。因脉冲量信号应用较少，本文暂不提及。值得注意的是，I/O信号是相对的，具体根据选取的参照物不同而不同。检测、变送单元可以理解为采用传感器技术，通过各种物理或化学原理，使需要测量或控制的物理参数或状态被表征出来。其涉及的专业领域广泛，如发生故障，需根据具体工作原理判断维修的可行性。控制单元即各种能够进行逻辑运算的控制器。在化工领域应用较多的有DCS系统和PLC系统，单个设备控制仍然存在基于单片机技术的控制器，这里不做介绍。DCS系统和PLC系统大体上都是由电源模块、CPU模块、I/O模块和连接器组成，也涉及通信模块及扩展模块等特殊用途的组件。配合上位机对程序进行编译阅读，是实际查找自控故障的最有效手段。因其制造集成化高、精密性强，如发生故障，一般采用直接更换的方式。执行单元一般为执行器，常见的有调节阀、开关阀，与电气专业配合时，还包括热保护器等有辅助动作功能的电器元件。

2化工仪表常见故障分析

2.1压力仪表故障

压力仪表是化工行业最为常见也是使用次数最多的仪表之一，其在热力管网、油气传输等领域都有着非常广泛的应用。这种仪表可以在压力作用下使仪表内测量元件产生应力形变，然后再将应力形变转化为数据信息并以信号形式传输。虽然压力仪表应用十分广泛，但在实际的使用过程中仍然会受到周围环境以及人为操作不当的影响，一旦超过了仪表的使用限度，就很容易发生故障。一方面，在化工生产规模日益扩大的今天，由于化工生产的流程化和连续性，压力仪表很容易因为使用此时过多而出现触电松动以及接触不良的问题；另一方面，大部分压力仪表的适用温度为-25℃到55℃，而当超出此温范围时便很容易使仪表发生故障。

2.2流量检测仪表

流量检测仪表在化工厂的应用范围较为广泛，能够有效地检测管道内的液体流量，包括质量和体积两方面。此类仪表的故障类型主要有三种：（1）读数有偏差；（2）仪表不读数，可能是内部故障问题，导致流量数据无法反映；（3）关于信号传输的故障，换言之，变送器输出信号与正常数值相偏离。

2.3仪表短路故障

在对化工仪表进行检测的过程中，我们发现，仪表的短路也是一种很常见的故障，这主要是由于化工仪表接线出现位移、虚接、腐蚀所造成的。同时，由于大部分化工仪表都会长期处于一个恶劣的工作条件之下，因此也很容易出现过热问题，而当其温度超出设计要求之后，便会导致的一定的故障，甚至影响到正常的化工生产。

3化工仪表故障的检修方法

3.1故障分析

在化工仪表发生故障之后，盲目采取措施进行修理是不正确的，首先应针对化工仪表的种类和数据来确定其故障类型，然后再结合相关参数和其他理论知识方可进行检修。

3.2升降温检修法

升降温检修法在化工仪表检修工作中比较常用。通常情况下，化工厂的仪表故障原因，大多是因仪表长时间工作造成的，仪表内部温度长时间升高，加快零件的老化速度。基于该故障，建议技术人员采用升降温的检修方法。一方面，降低仪表内部的温度，另一方面，使用人为创造的高温仪表检测。对于化工企业而言，要延长化工仪表的使用寿命，有必要定期开展检修工作，以便及时更换零件设备，防止引发更大的故障问题。

3.3对比法

对比法指的是将两台型号相同的仪表进行对比，从而分析故障仪表的故障类型和故障位置，其中应注意让两台仪表处于相同的运行情况之下。

3.4能流在故障诊断中的应用

（1）利用能流的流动状态进行故障诊断。能流的流动方向给故障查找提供了宏观的方向性指引，在具体故障处理过程中，往往会忽视能流的流动状态。实际上，能流也有品质要求，当能流的流动状态不符合要求时，自控系统的运行会受到极大的影响。因为能流本身无法实现可视化，所以需要借助仪器进行分析。示波器是仪表自控专业故障判断的常用工具之一，通过示波器可以观察能流的流动状态，判断其是否受到外界信号干扰，或者高（低）电平持续时间是否满足控制器扫描周期需要等。当通过能流的流动方向查找故障部位受到阻碍时应当考虑上述内容，尤其是自控系统安装施工比较粗放时特别需要注意这个问题。（2）利用能流的流动方向进行故障诊断。在自控系统运行过程中，能流贯穿整个过程。因为控制单元是自控系统的核心，所以在查找故障时，要以控制单元作为主体，判断能流的流动方向，然后“顺藤摸瓜”，就可以查找到故障的具体部位。根据上述能流方向进行宏观上的故障查找，能够达到快速锁定故障部位的目的。具体的硬件故障还需要根据硬件本身的结构和原理进行修复。

4预防化工仪表故障的策略

4.1建立健全化工仪表安全管理制度

对化工仪表的安全管理，建立健全安全管理责任制，每种仪表具有专人负责，发现问题及时进行处理，避免工艺流程等存在问题而引起仪表的损坏，影响对化工生产过程的实时监测，很容易引发安全生产事故，给化工生产带来巨大的危害。

4.2强化仪表日常管理工作

建议化工企业相关人员加强化工仪表的日常管理和检查工作，将仪表故障隐患控制在源头，防止出现大的隐患，阻碍生产工作的实施。首先，技术人员要定期对化工仪表进行检修排查，如若发现问题，应立即上报。其次，针对仪表故障问题，拟定有效的解决方案，在最短的时间内解决故障，保证企业生产的正常进度。

4.3加大信息技术应用

如今，信息技术已经得到了很广泛的应用，因此化工企业可以借助先进的计算机网络技术来建立统一的监控网络，并借助该监控网络实时对化工仪表的运行情况进行监控，这样不仅可以大大降低人力、财力的投入，又可以在很大程度上控制化工仪表故障的发生。

结语

随着我国经济结构性改革，作坊式生产模式终将被淘汰，现代化的智能工厂建设势在必行，化工行业作为高风险、高污染行业，自控系统的大规模应用是必然选择。但自控系统集成度高，结构复杂，涉及专业领域多，对系统的设计与安装有着很高的要求。化工企业只有不断克服困难，应用新技术、新工艺，才能在竞争激烈的市场环境下长久发展。

参考文献:

[1]袁振东.石油化工生产中仪表自动化控制常见故障分析与维护[J].石化技术,2018,25(12):18.

[2]顾春勇.提升天然气化工仪表自动化管理水平的方法分析[J].通讯世界,2018，(07):316-317.