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    摘要：以故障實(shí)例，應(yīng)用DCS系統(tǒng)的記錄、趨勢、邏輯和勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警信息，對空分裝置的空壓機(jī)跳車進(jìn)行分析, 同時(shí)對控制系統(tǒng)的趨勢功能有更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識。

    關(guān)鍵詞：空分設(shè)備；空壓機(jī)；跳車；記錄；歷史趨勢；邏輯；勵(lì)磁

    Abstract: Taking the actual example . Practical use or relevance report trend logic of DCS system and excitation system analysis  triggered fault of air compressor about air separation unit.Meanwhile realize trend function of controller system much more.

    Key words: air compressor; trigger fault; report; history trend; logic; excitation

    為配合富氧頂吹爐生產(chǎn), 金川有色集團(tuán)公司新建設(shè)的兩套KDON-22500型A/B套空分裝置于2008年下半年投入運(yùn)行，已經(jīng)安全試運(yùn)行生產(chǎn)幾個(gè)月。此項(xiàng)目中金川集團(tuán)有限公司選用了日本橫河公司的CENTUM CS3000 DCS系統(tǒng)同時(shí)對兩套空分裝置進(jìn)行集中控制。勵(lì)磁系統(tǒng)為SIEMENS電機(jī)廠家原配 。2009年4月21日夜01時(shí)19分47秒， B套空分裝置在正常運(yùn)行的狀態(tài)下主空壓機(jī)突然跳車，造成空分系統(tǒng)停產(chǎn)。之后氧儲(chǔ)槽啟動(dòng)，為用戶供氧。

    1 問題的提出

    通過對CENTUM控制系統(tǒng)的此次記錄、歷史趨勢、報(bào)警信息、停車邏輯分析，對電氣勵(lì)磁報(bào)警信息、電氣綜保信息的分析，不能得到很有說服力的結(jié)論。問題的引出：勵(lì)磁報(bào)警信息記錄到兩個(gè)潤滑油流量開關(guān)低發(fā)出主空壓機(jī)跳車信號，但是CENTUM控制系統(tǒng)的記錄、歷史趨勢中關(guān)于潤滑油的檢測數(shù)據(jù)卻沒有流量低、壓力低的任何信息，造成CENTUM控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)提供信息不一致。潤滑油是大型高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的生命線，起潤滑和冷卻設(shè)備的作用。如果不能對這次主空壓機(jī)跳車故障有一個(gè)明確的原因分析，下一步工作將無法進(jìn)行。

    2 空壓機(jī)和電機(jī)及其供油系統(tǒng)

    空壓機(jī)工作原理簡單介紹如下：電機(jī)拖動(dòng)空壓機(jī)，空壓機(jī)通過空氣過濾器把吸入的相對清潔的空氣通過導(dǎo)葉送到一級葉輪，經(jīng)過離心壓縮送到二級三級，二級三級再經(jīng)過葉輪完成離心壓縮，送到空壓機(jī)出口，完成空壓機(jī)設(shè)計(jì)所要求的工況，通過空壓機(jī)出口把壓縮空氣送入下一級預(yù)冷系統(tǒng)單元。一、二級，二、三級之間有冷卻器，用于冷卻級間的壓縮空氣，末級沒有冷卻器。

    KDON-22500型B套空分裝置的主空壓機(jī)選用COOPER空壓機(jī)，電機(jī)選用SIEMENS同步電機(jī)，主空壓機(jī)和拖動(dòng)主空壓機(jī)的同步電機(jī)共用一套獨(dú)立供油系統(tǒng)，有主油泵和交流輔助油泵兩個(gè)油泵，沒有排煙機(jī)，以射流方式往外排煙，主油泵為外置式機(jī)械油泵，主油泵通過卡套與同步電機(jī)自由端軸相連接。油路的主油泵出口設(shè)有油過濾器，油冷卻器，冷卻器旁通溫度調(diào)節(jié)閥，壓力回流調(diào)節(jié)閥，油路在中路分叉為兩路，一路油進(jìn)主空壓機(jī)，一路油進(jìn)同步電機(jī)，在整個(gè)油路上安裝有多個(gè)壓力、流量、溫度檢測儀表。如圖1所示。

                

                     圖1   主空壓機(jī)、電機(jī)及其供油系統(tǒng)流程

    主空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)機(jī)械油泵工作，交流輔助油泵不工作，開車前、停車后、主空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)油壓低，交流輔助油泵啟動(dòng)工作，交流輔助油泵由油泵邏輯控制。電機(jī)上的兩個(gè)油流量開關(guān)信號上勵(lì)磁系統(tǒng)，油壓開關(guān)量、油溫、油壓模擬量等信號上DCS系統(tǒng)。油壓力開關(guān)、油溫、油壓模擬量等信號在空壓機(jī)停車邏輯里起保護(hù)作用。在油泵邏輯里只有油壓模擬量信號，沒有油壓開關(guān)量信號。

    3 問題的分析

    3.1 電氣B套勵(lì)磁提供信息（2009-4-21 01:19）

                

                                          圖2

     圖2表明，電機(jī)兩側(cè)油流量低，油流量開關(guān)動(dòng)作，主空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)油壓低，跳車信號動(dòng)作。

    3.2 DCS提供秒級PIAS1005B油壓模擬量趨勢圖
 

                                              圖3

     圖3表明，油壓在01：19：50點(diǎn)前油壓沒低。

     3.3 DCS提供操作記錄信息
 
            

                                             圖4

    圖4說明，在00：54：49至00：22:56期間，沒有不良操作。

    3.4 DCS提供報(bào)警記錄信息

    報(bào)警信息表中也沒出現(xiàn)油壓低的記錄。

    油壓模擬量趨勢圖、操作記錄、報(bào)警信息表，都沒有油壓低記錄，與勵(lì)磁提供信息矛盾。

    3.5 DCS提供秒級PSL1005B油壓數(shù)字量趨勢圖

    KDON-22500型A/B套空分裝置由筆者獨(dú)立完成組態(tài)和調(diào)試，在調(diào)試階段為方便起見，在DCS中除做了模擬量的趨勢外，還增加多個(gè)節(jié)點(diǎn)信號趨勢，其中包括壓力開關(guān)（PSL1005B）趨勢，如圖5所示。圖5非常關(guān)鍵和重要，看似它可以對圖2進(jìn)行合理的解釋：01：19：47時(shí)至01：19：52時(shí)產(chǎn)生了油壓波動(dòng)，波動(dòng)時(shí)間為5秒，顯示出現(xiàn)了油壓壓力低信號，與勵(lì)磁系統(tǒng)顯示的油流量低信息對應(yīng)。是儀控發(fā)出的停車信號還是勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出的停車信號，在高壓綜保上可查到。
 
                         

                                               圖5

    此時(shí)問題的焦點(diǎn)是：為什么圖2上沒有油壓壓力低的趨勢呢？為什么報(bào)警記錄沒有提供報(bào)警信息呢？

    3.6 合并趨勢圖

                 
 
                                          圖6

    把PIAS1005B模擬量趨勢和PSL1005B數(shù)字量趨勢組合在一張圖上，如圖6所示。圖6只看PSL1005B數(shù)字量趨勢，表明01：19：47時(shí)主空壓機(jī)潤滑油發(fā)生波動(dòng)，發(fā)出主空壓機(jī)跳車信號，時(shí)間為5秒。3秒后油壓開始降低。但是PSL1005B模擬量趨勢在這5秒之內(nèi)并沒有“U”型圖形趨勢出現(xiàn)，油壓降低很平緩。再看PIAS1005B模擬量趨勢，如果在01：19：47時(shí)發(fā)生油壓低的現(xiàn)象，那么，01：19：50處的拐點(diǎn)也應(yīng)該出現(xiàn)在01：19：47時(shí)之前，即類似于PIAS1005B的拐點(diǎn)01：19：50時(shí)出現(xiàn)在PSL1005B的01：19：59時(shí)之前一樣。唯一的解釋就是壓力開關(guān)異常抖動(dòng)發(fā)出主空壓機(jī)跳車信號，實(shí)際上油壓沒低，壓力開關(guān)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

    3.7 停車邏輯圖

                                        圖7

    從圖7 也可以看出，OFFDELEY延遲軟開關(guān)內(nèi)部延遲時(shí)間設(shè)定為1s，PSL1005B信號從1到0時(shí)如果小于1s，OFFDELEY延遲軟開關(guān)不發(fā)信號給ATCTRIP和US1004B，延遲軟開關(guān)是為開車時(shí)防油抖動(dòng)而設(shè)置。壓力開關(guān)異常抖動(dòng)時(shí)間是大于1秒的，是DCS控制系統(tǒng)先發(fā)出了跳車信號。為什么報(bào)警信息表中沒出現(xiàn)油壓低的記錄呢？后經(jīng)查，報(bào)警順控表有問題，任何能引起空壓機(jī)跳車的儀控信號發(fā)出，報(bào)警都不發(fā)信號。

    那為什么勵(lì)磁顯示的報(bào)警信息也是電機(jī)兩側(cè)油流量低的信號呢？

    3.8 事例分析

    2009年5月4日下午14時(shí)31分40秒， B套空分裝置在正常運(yùn)行的狀態(tài)下因三級入口溫度高主空壓機(jī)突然跳車。原因很明顯，崗位人員也認(rèn)可：他們感覺到三級入口空氣溫度高在調(diào)二級冷卻水的時(shí)候，因?yàn)殚y門開關(guān)標(biāo)示不明顯，把開誤以為是關(guān)，造成三級入口溫度高，這次跳車只能是DCS發(fā)出信號，與電氣無關(guān)。因?yàn)闇囟茸兓^慢，三級入口溫度的趨勢也非常明顯地說明這一點(diǎn)。圖8是此次跳車的油壓趨勢圖。

                                                  圖8

    主空壓機(jī)突然跳車后，勵(lì)磁顯示的警信息是電機(jī)兩側(cè)油流量低信號，與2009年4月21日跳車顯示一樣報(bào)警信息。說明勵(lì)磁的邏輯編寫有不完善的地方，主空壓機(jī)跳車后，短時(shí)間內(nèi)油壓肯定會(huì)低，沒把空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號考慮去屏蔽油流量開關(guān)信號，原因是勵(lì)磁柜是SIEMENS電機(jī)廠家隨機(jī)配置。

    從另一方面看，如果把圖6上01：19：47至01：19：52時(shí)段圖線補(bǔ)平，比較圖8、圖6可以看出，兩者圖形情況完全相符。

    4 問題的結(jié)論

    通過以上分析得出結(jié)論：

    （1）B套空分裝置在主空壓機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，突然油路總管壓力開關(guān)（PSL1005B）在夜01時(shí)19分47秒時(shí)波動(dòng)，波動(dòng)時(shí)間為5秒，DCS發(fā)出跳車信號，實(shí)際油壓沒低。

    （2）報(bào)警順控表有問題，沒發(fā)報(bào)警信息。

    （3）勵(lì)磁系統(tǒng)油流量低報(bào)警沒用空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號屏蔽。

    在對供油系統(tǒng)的分析和現(xiàn)場檢查，不存在機(jī)械油泵掃膛和間隙過大的原因，也不存在油過濾器堵塞的問題。油溫度不高，油液面不低，射流排煙、冷卻器旁通溫度調(diào)節(jié)閥如果有問題不可能引起跳車。解決的辦法：更換油壓開關(guān)，或可在DCS上屏蔽PSL1005B信號，不影響開車和運(yùn)行。

    實(shí)際上，對于圖6、圖8繼續(xù)深入分析還可以得到很多信息：如油壓開關(guān)動(dòng)作的精確值，油壓模擬量滯后于油壓數(shù)字量有多長時(shí)間，空壓機(jī)跳車油泵啟動(dòng)后油壓的低報(bào)警點(diǎn)、最低點(diǎn)、所用的時(shí)間等。

    5 結(jié)束語

    空壓機(jī)是大型高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，保護(hù)多，控制相對復(fù)雜。設(shè)備流程包含氣路、水路、油路三方面；控制方面包含儀控、電控。多種多樣原因都可以造成開不起車、跳車、不能加載、防空閥關(guān)不到位、喘振等故障，總結(jié)出一套分析和判斷問題方法，同樣是體現(xiàn)一個(gè)人工作能力的地方，通過對這次跳車故障的分析，認(rèn)識是多方面的：

    （1）在設(shè)備故障發(fā)生后，首先確認(rèn)造成故障的范圍，包括設(shè)備流程和控制方面，之后面對大量信息如何下手？去偽存真，對于數(shù)字量信息的分析是分析問題關(guān)鍵切入點(diǎn)。

    （2）對于象空壓機(jī)一樣的復(fù)雜設(shè)備控制，儀控和電控的控制系統(tǒng)其系統(tǒng)時(shí)間要調(diào)整一致，便于對問題進(jìn)行分析。

    （3）人們在做趨勢時(shí)，對模擬量的趨勢比較重視，對數(shù)字量的趨勢做的比較少，或干脆不做。其實(shí)，數(shù)字量的趨勢對于設(shè)備故障分析往往比模擬量的趨勢更能準(zhǔn)確、更快速地反映問題，而模擬量的趨勢更多應(yīng)用于工藝控制參數(shù)的分析。

    （4）問題出現(xiàn)后要及時(shí)保存信息，歸檔整理，注明發(fā)生問題的原因和判斷的結(jié)論，尤其是趨勢圖的保存，每次時(shí)間軸要放到最大，趨勢圖的參數(shù)要一致，為今后用對比圖形法分析問題提供原始圖形資料。

    （5）抓住一切機(jī)會(huì)積累經(jīng)驗(yàn)。例如在正常安排停車的情況下，不去正常停車，而是在安全的前提下讓某些條件觸發(fā)跳車，既總結(jié)積累原始數(shù)據(jù)，又對保護(hù)回路進(jìn)行了測試。

    （6）對設(shè)備制造業(yè)而言，運(yùn)行速度快、精度高、工藝控制要求嚴(yán)格的設(shè)備，在關(guān)鍵點(diǎn)上除了安裝模擬量測點(diǎn)外增加數(shù)字量測點(diǎn)，為提高控制質(zhì)量創(chuàng)造條件。

    （7）在設(shè)備故障發(fā)生后，多與專業(yè)人員討論分析問題，考慮問題會(huì)更全面，更迅速，更準(zhǔn)確。

    （8）在設(shè)備故障發(fā)生后的分析中，收集信息要全面，全面綜合分析問題，工程技術(shù)人員要掌握多種知識，包括設(shè)備控制的實(shí)現(xiàn)方式、控制邏輯，現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)也是非常主要的，要注意總結(jié)、善于總結(jié)。


                                                      ——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》