氧气站仪控设计理念与故障的相关性探讨
摘 要 经过几年的学习、观察和实践，结合行业知识，本人对仪控设计的理念认知有所加强，在深冷制氧系统组态、故障处理，以及现场仪表相关知识方面深入分析和总结，认为仪控设计理念、设计思路对仪控故障的产生、仪控故障的判断和处理有极大的相关性。本文就这些相关性结合氧气站实例进行探讨和分析，以期望在实际生产过程中降低故障发生的概率，并在故障发生时提高处理效率。
关键词 工业自动化；理念；控制系统；现场仪表；控制方式；仪控
引言
凉山矿业股份有限公司昆鹏公司机动分厂氧气站設计规模为10000m3/h。深冷法制氧。氧气站主要设备包括空压机、预冷系统、分子筛、增压机、膨胀机、分馏塔、氮压机、液氧泵等。其中空压机和增压机控制系统为PLC200，主控采用和利时DCS控制系统。自动控制阀门采用气动调节阀，主控显示温度计采用铂热电阻。氧气站从2010年开始运行以来，陆陆续续的出现过各种故障，本文按照各工序曾经出现过或者经常出现的故障，寻找一种更加科学的仪表控制设计理念[1]。
1 控制系统设计与故障的相关性
氧气站空气压缩机和循环增压机由于控制点较多，设备采用独立控制系统，然后通过通讯，把参数画面传输给中控DCS控制系统，实现就地控制和远程监控。这样的设计理念目的是分散控制风险，不会因为一个控制系统出故障而影响全系统的运行。然而通过生产工艺和实践证明，无论空压机控制系统、增压机控制系统还是中控DCS控制系统，只要有一个发生故障，氧气站全工艺你流程都必须完全停产。而且这样分散风险一定程度上提高了风险发生的概率。2016年。氧气站空压机控制系统出现PLC主控单元死机现象，导致空压机不受控制和实时数据监控。故障发生后，必须对氧气站全系统进行停产处理。通过分析发现，由于空压机控制柜在空压机房，处在温度高、噪音大、振动大的恶劣环境中，出现设备故障的概率较大，增压机也存在类似的问题。
空压机和增压机仪控设计只是把工艺参数和画面传输到了主控系统，在设备发生故障时，空压机操作必须去现场控制柜来进行阀门、导叶等操作。这样就大大降低了故障处理效率，可能造成更大的设备损失。因此我们通过仪控系统设计的重新改造，把空压机、增压机的阀门、导叶的开关、开度的调节都引入到中控DCS控制。同时把设备工艺控制参数、报警和连锁也引入到DCS控制系统。实现真正的现场与主控同时监控，同时操作、同时连锁的设计理念，在出现设备故障时，能够及时判断出设备故障的原因以及应急处理措施，使得故障造成的损失最小化[2]。
2 空压机系统连锁设计与故障的相关性
空压机自动系统包括PLC控制系统，现场温度、压力、振动仪表，导叶，自动控制阀门，油泵以及电控信号。空压机连锁包括开机连锁、停机连锁、油泵连锁和油箱电加热器连锁。其中停机连锁如下：
2.1 温度连锁
（1） 主电机轴承温度TIAS3106≥80℃
（2）主电机轴承温度TIAS3107≥80℃
（3） 低速轴承温度（非电机侧）TIAS3108≥120℃
（4）低速轴承温度（主电机侧）TIAS3109≥120℃
（5）高速轴承温度（非电机侧）TIAS3110≥120℃
（6）高速轴承温度（主电机侧）TIAS3111≥120℃
（7）大齿轮轴承温度（非电机侧）TIAS3109≥80℃
（8）大齿轮轴承温度（主电机侧）TIAS3109≥80℃
2.2 振动连锁
（1）压缩机低速轴轴振动（主电机侧）XIA3001≥87μm
（2）压缩机低速轴轴振动（非电机侧）XIA3002≥87μm
（3）压缩机高速轴轴振动（主电机侧）XIA3003≥79μm
（4）压缩机低速轴轴振动（主电机侧）XIA3001≥79μm
2.3 轴位移连锁 NIAS3001≥0.44mm
2.4 压力连锁：出口压力PICAS3010≥0.58MPa
2.5 油压连锁：PICAS3104≤0.07MPa
空压机在运行过程中出现过高速轴轴振动过高和油温过高停机现象。轴承温度过高连锁为误动作，轴振动连锁为在空压机开机时的软启动时间。经过认真分析，发现在开机到软启动结束这段时间，轴振动会逐步升高，在最高时会达到连锁值。可见原有设计在空压机启动时思路行不通。为解决这个故障，我们提出一种新的设计理念，就是通过增加延时程序，在空压机启动期间（40秒左右）避免轴承振动过高连锁。高速轴轴承温度过高连锁误动作的原因大致相同，都是因为温度瞬间变化导致跳机动作，为此通过增加延时保持继电器程序可以有效避免误动作的发生[3]。
3 预冷系统仪控和故障的相关性
氧气站预冷系统包括空冷塔、水冷塔、冷却水泵、冷冻水泵等主要设备。仪控包括空冷塔和水冷塔的液位、压力、流量、调节阀。在设计现场仪表时，两个塔都是磁翻板流量计和感应式液位变送器。磁翻板液位计用于现场观察液位，感应式液位变送器把液位数据传输至主控室。主控人员根据液位来控制阀门开度。预冷系统发生过几次液位计故障，导致无法控制预冷系统液位和温度，造成工艺故障。我们研究发现现场液位计和变送器其实是一个测点，一旦液位计堵塞，就会造成无论现场还是主控都无法显示液位数据。这样的仪控设计理念使得工艺故障的概率大大增加。为降低这个故障，我们准备年底对预冷系统现场液位计进行改造，增加差压式液位计来同步监测液位。这样由于差压式液位计不会堵塞，就算磁翻板液位计偶尔堵塞，也能迅速查出故障，而新增液位计准确显示液位，就不会因磁翻板液位计故障造成损失。
4 分子筛仪控设计与故障的相关性
分子筛系统包括两台分子筛、切换阀门和电加热器组成，采用顺序控制系统，仪控测点主要包括阀门开关位置信号、温度、压力和再生气流量等。常见故障主要为阀门开关不到位、阀门不动作。在顺序控制程序里面，若是任何阀门到位信号没有输出就会导致分子筛连锁停机，从自动控制程序切换到手动操作模式。这种故障导致分子筛切换时间延长。往往出现阀门不到位故障时，就会等着仪控专业人员到现场进行处理。为此我们修改了相关程序，使得在出现故障时，只要现场判断出因为位置信号不到位导致出现故障，就可以通过手动干预信号实现自动程序继续运行，再由仪控人员处理位置信号问题，就不会造成生产损失[4]。