摘要：以故障實(shí)例，應用DCS系統的記錄、趨勢、邏輯和勵磁系統報警信息，對空分裝置的空壓機跳車(chē)進(jìn)行分析, 同時(shí)對控制系統的趨勢功能有更進(jìn)一步的了解和認識。

    關(guān)鍵詞：空分設備；空壓機；跳車(chē)；記錄；歷史趨勢；邏輯；勵磁

    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), 金川有色集團公司新建設的兩套KDON-22500型A/B套空分裝置于2008年下半年投入運行，已經(jīng)安全試運行生產(chǎn)幾個(gè)月。此項目中金川集團有限公司選用了日本橫河公司的CENTUM CS3000 DCS系統同時(shí)對兩套空分裝置進(jìn)行集中控制。勵磁系統為SIEMENS電機廠(chǎng)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行的狀態(tài)下主空壓機突然跳車(chē)，造成空分系統停產(chǎn)。之后氧儲槽啟動(dòng)，為用戶(hù)供氧。

    1 問(wèn)題的提出

    通過(guò)對CENTUM控制系統的此次記錄、歷史趨勢、報警信息、停車(chē)邏輯分析，對電氣勵磁報警信息、電氣綜保信息的分析，不能得到很有說(shuō)服力的結論。問(wèn)題的引出：勵磁報警信息記錄到兩個(gè)潤滑油流量開(kāi)關(guān)低發(fā)出主空壓機跳車(chē)信號，但是CENTUM控制系統的記錄、歷史趨勢中關(guān)于潤滑油的檢測數據卻沒(méi)有流量低、壓力低的任何信息，造成CENTUM控制系統和電氣系統提供信息不一致。潤滑油是大型高速旋轉設備的生命線(xiàn)，起潤滑和冷卻設備的作用。如果不能對這次主空壓機跳車(chē)故障有一個(gè)明確的原因分析，下一步工作將無(wú)法進(jìn)行。

    2 空壓機和電機及其供油系統

    空壓機工作原理簡(jiǎn)單介紹如下：電機拖動(dòng)空壓機，空壓機通過(guò)空氣過(guò)濾器把吸入的相對清潔的空氣通過(guò)導葉送到一級葉輪，經(jīng)過(guò)離心壓縮送到二級三級，二級三級再經(jīng)過(guò)葉輪完成離心壓縮，送到空壓機出口，完成空壓機設計所要求的工況，通過(guò)空壓機出口把壓縮空氣送入下一級預冷系統單元。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(méi)有冷卻器。

    KDON-22500型B套空分裝置的主空壓機選用COOPER空壓機，電機選用SIEMENS同步電機，主空壓機和拖動(dòng)主空壓機的同步電機共用一套獨立供油系統，有主油泵和交流輔助油泵兩個(gè)油泵，沒(méi)有排煙機，以射流方式往外排煙，主油泵為外置式機械油泵，主油泵通過(guò)卡套與同步電機自由端軸相連接。油路的主油泵出口設有油過(guò)濾器，油冷卻器，冷卻器旁通溫度調節閥，壓力回流調節閥，油路在中路分叉為兩路，一路油進(jìn)主空壓機，一路油進(jìn)同步電機，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、電機及其供油系統流程

    主空壓機正常運行時(shí)機械油泵工作，交流輔助油泵不工作，開(kāi)車(chē)前、停車(chē)后、主空壓機正常運行時(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。電機上的兩個(gè)油流量開(kāi)關(guān)信號上勵磁系統，油壓開(kāi)關(guān)量、油溫、油壓模擬量等信號上DCS系統。油壓力開(kāi)關(guān)、油溫、油壓模擬量等信號在空壓機停車(chē)邏輯里起保護作用。在油泵邏輯里只有油壓模擬量信號，沒(méi)有油壓開(kāi)關(guān)量信號。

    3 問(wèn)題的分析

    3.1 電氣B套勵磁提供信息（2009-4-21 01:19）

                

                                          圖2

     圖2表明，電機兩側油流量低，油流量開(kāi)關(guān)動(dòng)作，主空壓機正常運行時(shí)油壓低，跳車(chē)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(méi)低。

     3.3 DCS提供操作記錄信息
 
            

                                             圖4

    圖4說(shuō)明，在00：54：49至00：22:56期間，沒(méi)有不良操作。

    3.4 DCS提供報警記錄信息

    報警信息表中也沒(méi)出現油壓低的記錄。

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

    3.5 DCS提供秒級PSL1005B油壓數字量趨勢圖

    KDON-22500型A/B套空分裝置由筆者獨立完成組態(tài)和調試，在調試階段為方便起見(jiàn)，在DCS中除做了模擬量的趨勢外，還增加多個(gè)節點(diǎn)信號趨勢，其中包括壓力開(kāi)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?zhuān)?1：19：47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，顯示出現了油壓壓力低信號，與勵磁系統顯示的油流量低信息對應。是儀控發(fā)出的停車(chē)信號還是勵磁系統發(fā)出的停車(chē)信號，在高壓綜保上可查到。
 
                         

                                               圖5

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

    3.6 合并趨勢圖

                 
 
                                          圖6

    把PIAS1005B模擬量趨勢和PSL1005B數字量趨勢組合在一張圖上，如圖6所示。圖6只看PSL1005B數字量趨勢，表明01：19：47時(shí)主空壓機潤滑油發(fā)生波動(dòng)，發(fā)出主空壓機跳車(chē)信號，時(shí)間為5秒。3秒后油壓開(kāi)始降低。但是PSL1005B模擬量趨勢在這5秒之內并沒(méi)有“U”型圖形趨勢出現，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)生油壓低的現象，那么，01：19：50處的拐點(diǎn)也應該出現在01：19：47時(shí)之前，即類(lèi)似于PIAS1005B的拐點(diǎn)01：19：50時(shí)出現在PSL1005B的01：19：59時(shí)之前一樣。唯一的解釋就是壓力開(kāi)關(guān)異常抖動(dòng)發(fā)出主空壓機跳車(chē)信號，實(shí)際上油壓沒(méi)低，壓力開(kāi)關(guān)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

    3.7 停車(chē)邏輯圖

                                        圖7

    從圖7 也可以看出，OFFDELEY延遲軟開(kāi)關(guān)內部延遲時(shí)間設定為1s，PSL1005B信號從1到0時(shí)如果小于1s，OFFDELEY延遲軟開(kāi)關(guān)不發(fā)信號給ATCTRIP和US1004B，延遲軟開(kāi)關(guān)是為開(kāi)車(chē)時(shí)防油抖動(dòng)而設置。壓力開(kāi)關(guān)異常抖動(dòng)時(shí)間是大于1秒的，是DCS控制系統先發(fā)出了跳車(chē)信號。為什么報警信息表中沒(méi)出現油壓低的記錄呢？后經(jīng)查，報警順控表有問(wèn)題，任何能引起空壓機跳車(chē)的儀控信號發(fā)出，報警都不發(fā)信號。

    那為什么勵磁顯示的報警信息也是電機兩側油流量低的信號呢？

    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行的狀態(tài)下因三級入口溫度高主空壓機突然跳車(chē)。原因很明顯，崗位人員也認可：他們感覺(jué)到三級入口空氣溫度高在調二級冷卻水的時(shí)候，因為閥門(mén)開(kāi)關(guān)標示不明顯，把開(kāi)誤以為是關(guān)，造成三級入口溫度高，這次跳車(chē)只能是DCS發(fā)出信號，與電氣無(wú)關(guān)。因為溫度變化較慢，三級入口溫度的趨勢也非常明顯地說(shuō)明這一點(diǎn)。圖8是此次跳車(chē)的油壓趨勢圖。

                                                  圖8

    主空壓機突然跳車(chē)后，勵磁顯示的警信息是電機兩側油流量低信號，與2009年4月21日跳車(chē)顯示一樣報警信息。說(shuō)明勵磁的邏輯編寫(xiě)有不完善的地方，主空壓機跳車(chē)后，短時(shí)間內油壓肯定會(huì )低，沒(méi)把空壓機的運行狀態(tài)信號考慮去屏蔽油流量開(kāi)關(guān)信號，原因是勵磁柜是SIEMENS電機廠(chǎng)家隨機配置。

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

    4 問(wèn)題的結論

    通過(guò)以上分析得出結論：

    （1）B套空分裝置在主空壓機正常運行的狀態(tài)下，突然油路總管壓力開(kāi)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(chē)信號，實(shí)際油壓沒(méi)低。

    （2）報警順控表有問(wèn)題，沒(méi)發(fā)報警信息。

    （3）勵磁系統油流量低報警沒(méi)用空壓機運行狀態(tài)信號屏蔽。

    在對供油系統的分析和現場(chǎng)檢查，不存在機械油泵掃膛和間隙過(guò)大的原因，也不存在油過(guò)濾器堵塞的問(wèn)題。油溫度不高，油液面不低，射流排煙、冷卻器旁通溫度調節閥如果有問(wèn)題不可能引起跳車(chē)。解決的辦法：更換油壓開(kāi)關(guān)，或可在DCS上屏蔽PSL1005B信號，不影響開(kāi)車(chē)和運行。

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

    5 結束語(yǔ)

    空壓機是大型高速旋轉設備，保護多，控制相對復雜。設備流程包含氣路、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(kāi)不起車(chē)、跳車(chē)、不能加載、防空閥關(guān)不到位、喘振等故障，總結出一套分析和判斷問(wèn)題方法，同樣是體現一個(gè)人工作能力的地方，通過(guò)對這次跳車(chē)故障的分析，認識是多方面的：

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

    （2）對于象空壓機一樣的復雜設備控制，儀控和電控的控制系統其系統時(shí)間要調整一致，便于對問(wèn)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，對數字量的趨勢做的比較少，或干脆不做。其實(shí)，數字量的趨勢對于設備故障分析往往比模擬量的趨勢更能準確、更快速地反映問(wèn)題，而模擬量的趨勢更多應用于工藝控制參數的分析。

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

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

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

    （7）在設備故障發(fā)生后，多與專(zhuān)業(yè)人員討論分析問(wèn)題，考慮問(wèn)題會(huì )更全面，更迅速，更準確。

    （8）在設備故障發(fā)生后的分析中，收集信息要全面，全面綜合分析問(wèn)題，工程技術(shù)人員要掌握多種知識，包括設備控制的實(shí)現方式、控制邏輯，現場(chǎng)經(jīng)驗也是非常主要的，要注意總結、善于總結。


                                                      ——轉自《自動(dòng)化博覽》