1、机电仪仪表技师学习汇报总结根据集团公司 2010 年培训计划，我参加了 5 月 9 日至 5 月 30 日在辽阳机电仪研修中心举办的仪表第七期技师培训班。通过本次技师培训学习，提高了自己的理论知识和操作技能，同时与相关企业的同行进行技术交流，吸取了先进的经验和技术。学习内容主要有：1.SIMENS PLC 概述、模板规范、编程软件包介绍 2.流量仪表在化工装置应用中的检修与维护 3. DCS 系统的基本概念、构成 4.安全仪表系统 5.信号报警与联锁保护系统。一、信号报警与联锁保护系统1 信号报警与联锁保护系统1.1 信号报警与联锁保护系统概述1.1.1 信号报警与联锁保护系统的概念在石油化工
2、类生产过程中，为了确保生产的正常进行，防止事故的发生和扩大，促进生产过程的自动化，因而广泛地采用自动信号报警与联锁保护系统。信号报警与联锁保护系统是对生产过程进行自动监控并实现自动操纵的一种重要措施。在工艺生产过程中，存在各种各样的工艺参数及工艺设备状态，如温度、压力、流量、液(料) 位、密度、浓度等工艺参数，机泵开停和故障、阀门开关和故障等工艺设备的运行状态。如果工艺参数越限或运行状态发生异常情况时，就应及时检测出来，以灯光和声响引起操作者的注意，即报警信号。使有关的设施、机构或人员及时了解到所产生的异常情况，采取相应的措施，使生产过程自动处于安全状态，以免异常情况进一步扩大，以至造成设备损
3、坏、人员伤亡等安全事故，或者造成产品质量不合格等经济损失。信号报警与联锁保护系统包括信号报警系统和联锁保护系统。信号报警起到自动监视的作用，报警系统本身不能直接发出动作指令。而联锁保护实质上是一种自动操纵系统，能使有关设备按照规定的条件或程序完成操作任务，达到消除异常，防止事故的目的。实际应用中的信号报警与联锁保护系统，有的只具备信号报警功能，有的只具备联锁保护功能，或有的两者都具备。1.1.2 信号报警和联锁保护系统的组成尽管信号报警与联锁保护系统的类型较多，但通过分析各组成部分的功能不难发现，它们是由各种基本环节组成的，大致可分为:信号接受环节；光显示环节；音响环节；灯铃检查环节；消除音响
4、及停止闪光环节；记忆环节；切换环节；互锁环节；执行环节等几种。在联锁保护系统中执行环节的作用是按照系统发出的指令完成自动保护任务，常用的执行器件有电磁阀、电动阀、气动阀、液动阀、磁力起动器等。在某些较复杂的线路中，还有延时环节，区别第一故障环节，故障优先选择环节等等。从信号报警与联锁保护系统的整体功能来看，由各环节组成系统的输入部分、输出部分和逻辑控制部分。1、(1)发信元件 包括工艺参数或设备状态检测接点、控制盘开关、按钮、选择开关，以及操作指令等，它们起到参数检测、发布指令的作用。这些元件的通断状态也就是系统的输入信号。2、执行元件 也叫输出元件，包括报警显示元件(灯，笛等)和操纵设备的执
5、行元件(电磁阀、电动机启动器等)。这些元件由系统的输出信号驱动。就报警联锁系统而言，该部分只考虑到各类电磁阀等执行器件为止，广义上也应该考虑到电磁阀及其所驱动的控制阀(调节阀、切断阀等)。3、逻辑元件 又叫中间元件，把输入与输出联系起来，是报警联锁系统的核心部分。它们根据输入信号进行逻辑运算，并向执行元件发出控制信号。逻辑元件以前多采用有触点的继电器、接触器线路和无触点的晶体管、集成电路等，近些年来则广泛采用 PLC、DCS和 ESD 系统。1.1.3 信号报警系统的状态为便于分析和判断工艺生产和设备的状态，将信号报警系统在自动监视过程中所处的不同阶段，又分为以下几种基本的工作状态1、正常状态
6、此时没有灯光或音响信号；2、报警状态当被测工艺参数偏离规定值或运行状态出现异常时，发出灯光、音响信号，以示报警；3、确认状态值班人员发现报警信号以后，可以按一下“确认”按钮，从而解除音响信号，保留灯光信号，所以， “确认”又称为“消音”状态。4、复位状态当故障排除后，报警系统恢复到正常状态，有些报警系统中，备有复位按钮。5、试验状态用来检查灯光和音响回路是否完好，注意只能在正常状态下才能按下“试验”按钮，在报警状态下不能进行试验，以防误判断。 “试验”也称为“试灯”状态。1.1.4 信号报警系统的分类在石油化工生产中，我们常见的信号报警系统有下列几种类型：一般故障不闪光报警系统、一般故障闪光报
7、警系统、能区别瞬时故障的报警系统、能区别第一故障的报警系统、延时报警系统等1、一般事故不闪光报警系统 所谓一般故障信号报警，即是当被控变量越限时，信号装置就立即发出声光报警，一旦变量恢复正常，声光报警信号马上消失,这样的信号称一般故障信号。是最简单、最基本的报警系统，出现故障时灯亮（不闪光）并发出音响， “确认”后音响消除，仍保持灯亮。2、一般事故闪光报警系统又称为非瞬时故障报警系统。出现故障时灯闪光，并发出音响确认后，音响消除，灯光转平光，只有在故障排除以后，灯才熄灭。工作状态如下表所示。工 作 状 态 显示器/灯 音响器正常 不 亮 不 响报警信号输入 闪 光 响按确认按钮 平 光 不 响
8、报警信号消失 不 亮 不 响按试验按钮 闪 光 响3、能区别瞬时故障的报警系统 所谓瞬时故障信号，即事故是瞬时性的，如压力变量瞬时越限，又马上恢复正常，但信号灯并不随之熄灭，需要操作人员“确认”去识别一下是否是瞬时性的故障信号，这就称区别瞬时故障信号。在生产过程中，有时会遇到工艺参数短时间越限，又往往是影响质量或安全的先兆。为了引起值班人员的注意，可选用能够区别瞬时故障的报警系统。该系统在出现故障后，灯闪光并发出音响。值班人员确认时，如果故障已消失，则灯熄灭，音响消除；如果故障仍存在，则灯转平光，音响消除，直至故障排除后灯才熄灭。工作状态如下表所示。工 作 状 态 显示器/灯 音响器正常 不
9、亮 不 响报警信号输入 闪 光 响瞬时故障 不 亮 不 响确认（消音）非瞬时故障 平 光 不 响报警信号消失 不 亮 不 响4、能区别第一故障的报警系统 在生产过程中，工艺上常出现这种情况：当一个工艺参数越限报警后，引起另一些工艺参数接二连三地越限报警。为了便于找到首先报警的第一个故障点，需要把首先出现的故障信号跟后来相继出现的故障信号区别开来。这时，可选用能区别第一故障的报警系统。在出现故障后灯亮，发出音响，并以灯闪光表示第一故障，灯平光表示第二故障。值班人员确认后，音响消除，灯光不变。在这类系统中，往往还设有复位按钮，以区别瞬时故障还是非瞬时故障。按下复位以后，若灯熄灭，表示该故障已消失；
10、若灯还亮，表示相应故障仍存在。工作状态如下表所示。工作状态 第一故障显示器灯其它显示器灯音响器 备 注正常 不 亮 不 亮 不 响第一报警信号输入 闪 光 平 光 响 有第二报警信号输入按确认按钮 闪 光 平 光 不 响报警信号消失 不 亮 不 亮 不 响按试验按钮 亮 亮 响5、延时报警系统有时候，工艺上允许短时间参数越限。为避免报警系统过于频繁地报警，可采用延时报警系统。只有故障持续时间越过规定时间范围时才发出报警。6、不一致信号报警当阀门开闭状态或机泵等设备运停状态与控制室内手动开关指示位置不一致时，便发出声、光报警信号。1.1.5 自动信号的分类自动信号主要有下述几种:1、位置信号:一
11、般用以表示被监督对象的工作状态，例如阀门的开闭;接触器的通断。2、指令信号:把预先确定的指令从一个车间、控制室传递到其它的车间和控制室。3、保护作用信号:用以表示某自动保护或联锁的工作状况的信息。当工艺变量不等于规定数值时发讯报警。这类信号分两种:一种叫报警信号，即被监督的变量超出其正常值，但尚未超出允许值。另一种叫事故信号，通常也叫联锁信号，即被监督变量己超出其允许值。前一种信号要求操作者引起注意，常以灯光、音响表现出来。后一种信号要求立即采取措施，常常伴随着联锁系统也起作用。1.2 联锁保护系统1.2.1 联锁保护的内容在工艺生产过程中，特别是流程工业中一个工艺参数或一台设备的运行均与许多
12、其他的工艺参数、设备运行相关联。如一个容器的液位就与进出口的流量、进出口阀门的开关状态、进出口泵的运行相关联，若此容器是整个流程中的一个环节，还可能影响到与其有关的上下游流程。当一个工艺参数超出正常范围，或一台工艺设备处于异常工作状态时，就应该对相关的工艺参数进行调整，或对相关的工艺设备进行适当的操作，以使生产过程恢复正常。或使生产过程处于安全的状态，这就是工艺生产过程的联锁。如当容器的液位超高时，就需要减小进口流量或关闭进口阀门，必要时停进口泵。根据相应的关系改变上游的生产过程等；当容器的液位超低时，就需要减小出口流量或关闭出门阀门，必要时停按试验按钮 亮 响出口泵，根据相应的关系改变下游的
13、生产过程等。联锁保护系统实质上是一种自动操纵保护系统，它能使有关设备按照规定的条件或程序完成操作任务，从而达到消除异常、防止事故的目的。联锁的内容一般包括四个方面。工艺联锁 由于工艺系统某变量越限 (处于事故状态)，而引起联锁动作，简称“ 工艺联锁“ 。例如某公司设计的合成氨装置中，锅炉给水流量越( 低)限时，自动开启备用水泵给水，实现工艺联锁。机组联锁 运转设备本身或机组之间的联锁，称为“机组联锁“。例如某合成氨装置中合成气压缩机停车系统，冰机停或压缩机轴位移等 22 个因素和压缩机联锁，只耍其中任何一个因素不正常，都要求停压缩机。程序联锁 它能按一定的程序或时间次序对工艺设备进行自动操纵。
14、例如某合成氨装置中，辅助锅炉引火烧嘴检查回火脱火停燃料气的联锁，就是一个典型例子。为了达到安全点火目的，在点火前必须保证锅炉膛内无可燃性气体，并对炉膛内气体压力进行检查。然后用空气进行吹除，当吹除完毕后，方可打开燃料气总管阀门，引火烧嘴点火。这样，整个程序就必须按燃料气阀门关炉膛内气压力检查 空气吹扫 打开燃料气阀门点火，进行联锁操纵。各种泵类的启动联锁(即单机的开、停车)。这类联锁比较简单。信号报警与联锁保护装置就其构成元件不同可以分为触点式和无触点式或者是混合式。无触点式可用晶体管或磁逻辑元件构成，由于结构紧揍，使用方便，因此得到广泛应用。目前使用的系统仍以继电器组成的触点式线路居多。火气
15、系统 火气系统(FGS)是火灾及气体监测报警系统(fire (2) 评估除采用安全联锁系统外，其它能预防、保护及能减轻事件后果的安全措施;(3) 确认采用安全联锁系统是否合适;(4) 确定安全联锁系统需达到的安全等级;(5) 决定其它与过程安全有关的内容与设计原则。确定一个过程的安全等级可以通过多种方法(定性的或定量的)来实现。鉴于我国目前的实际状况，通过对所有事件发生的可能性与后果的严酷度及其它安全措施的有效性进行定性的评估并参照国际标准，从而确定合适的安全等级。3、IEC61508 标准 IEC 61508 标准是国际电工委员会(IEC)对与安全相关的控制系统制定的性能安全标准，与 ISA
16、 的 SIL 相比，除了覆盖 ISA 中的 SILl3 级以外，增加了第 4 级标准，IEC SIL4 级标准每年故障危险的平均概率为 0.0001 一 0.0000l 之间。4、 TV 标准 TV 是德国技术监督协会的缩写。DIN V 19250 是 TV 证书中评定产品的标准。TV 标准是德国莱茵认证机构对工业过程安全控制系统所作的分类等级。TV 共分为 8 级(AKlAK8)，AK2/3 对应于 SIL 1 级，AK4 对应于 SIL2，AK5/6 对应于SIL3，AK7 对应于 SIL4，AK8 是目前最高级别的安全标准，故障概率大于十万分之一，目前没有与 E/E/PES(Electr
17、ical/Electronic/programmable Electronic System:电气/电子/可编程电子系统)安全相关的系统能满足要求，ISA 和 IEC 尚未制定相应于 AK8 的标准。2.3.2 各标准风险分析对照关系工艺过程的风险是以恶性事故概率及其造成的后果来衡量的。同样，目标安全水平是以可接受的恶性事故概率及其造成的后果来确定的。我们讨论的每一种恶性事故过程，引入 SIS 只能降低恶性事故发生的频率，而不能改变其造成的后果。目标安全水平与恶性事故概率之间的差值就是安全功能的 SIL 等级，即 SIS 系统中采用 SIL 等级的安全功能来使恶性事故概率低于目标安全水平。DI
18、N V 19250/IEC 61508 标准风险分析对照如表 2-6-3所示表 2-6-3 各种标准规范有关安全度等级划分对照表IEC61508SILANSI/ISAS84.01 SILDIN V 19250AK Class说 明1 1 2、3 仅对少量的财产和简单的生产和产品进行保护2 2 4 对大量的财产和复的生产和产品进行保护，也对生产操作人员进行保护3 3 5、6 对工厂的财产，全体员工的生命和整个社区的安全进行保护4 - 7 避免灾难性的(例如核事故)会对整个社区形成巨大冲击的事故表注：AKl：无特殊安全要求AK8：E/E/PES 已满足不了要求(E/E/PES IS NOT SUF
19、FICIENT)E/E/PES(Electrical/Electronic/programm-able Electronic System：电气/电子/可编程电子系统)。2.3.3 SIS 安全仪表系统常用术语1、故障(Failure)针对控制系统的安全而言，我们把故障分成安全故障和严禁故障。安全故障意即此故障不会引起生产装置发生灾难性事故。严禁故障是指一旦发生故障，会引起装置灾难性后果。在此以紧急停车系统(ESS)为例来说明安全故障和严禁故障的区别。图 2-6-4 为 ESS 的一个典型通道，该图从传感器一继电器一 ESS 工作正常。图 2-6-4 ESS 通道图 2-6-5 为安全故障示例
20、。在图 2-6-5 (a)中，传感器处于正常状态，而继电器则由于触点粘死等故障而引起 ESS 动作造成停工。在图 4-2(b)中，生产装置正常，传感器本身故障发生停车信号，ESS 执行命令使装置停工。图 2-6-5 安全故障示意图图 2-6-6 为严禁故障示例。在图图 2-6-6 (a)中，传感器工作正常检测到了装置的异常情况，但继电器出现故障而对此没有相应的反应，ESS 不动作。在图 4-3 (b)中，生产装置处于危险状态，传感器却照常输出假性正常信号，造成 ESS 不动作。这两种情况都能给生产带来严重后果，为严禁发生的故障。图 2-6-6 严禁故障示意图2、可用性(利用率)(Availab
21、ility)可用性是指系统可以使用时间的概率，用字母 A 表示。从定义里看出，故障状态和停车检修显然不在可用状态。根据定义，其表达式为如表所示，它以 ESS 为例，说明了系统的可用性(利用率)情况。在第(1)种情况下，ESS 与装置表 2-6-2两者都处于可用状态。在第(2)种情况下，ESS 与装置都在不可用状态。在第(3)种情况下，ESS 不在可使用状态，而工厂则继续运行，处于危险的可使用状态。分析表 2-6-2 可知：追求高的可用性，其安全风险大，追求高的安全性，则可用性就要降低。3可靠性(Reliability)可靠性是指系统在规定的时间间隔内发生故障的概率，用字母 R 表示。较为具体地
22、解释，可靠性指的是安全联锁系统在故障危险模式下，对随机硬件或软件故障的安全度。可靠性计算是根据故障(失效)模式来确定的，故障模式有显性故障模式(失效安全型模式)和隐性故障模式(失效危险型模式)两种。显性故障模式表现为系统误动作，可靠性取决于系统硬件所包含的元器件总数，一般由 MTBF 表示。隐性故障模式表现为系统拒动作，可靠性取决于系统的拒动作率(PFD)，一般表示为：R1 一 PFD4、牢固性(Integrity)在有了可靠性(Reliability)概念后，IEC 等又引入了牢固性(Integrity)，它也经常出现在 IEC 的标准中。可靠性与牢固性在意义上极为相似，很难加以区分。IEC
23、 和 SP84 对安全性(Safety Integrity)的定义：在规定的时间和条件下，PES 完成安全功能的可靠性。IEC(WGl0)：硬件牢固性(Hardware Integrity)：是系统安全性的组成部分，它指在危险方式下硬件的随机故障。英国的 PES：安全性(Safety Integrity)：安全系统在规定的条件下或者在需要它去执行的要求下，按人们的要求完成功能时所表现的特性。从可靠性、牢固性定义中可以看出，安全性这个术语用在安全保护系统中，而可靠性的适用范围则相对广泛。5、冗余及冗余系统冗余(Redundant)指为实现同一功能，使用多个相同功能的模件或部件并联。冗余也可定义为
24、指定的独立的 Nl 重元件，且可自动地检测故障，并切换到备用设备上。冗余系统(Redundant System)指并行使用多个系统部件，并具有故障检测和校正功能的系统称为冗余系统。对于采用微处理器(MPU)逻辑单元的安全仪表系统(SIS)，其冗余的选择是基于可靠性、安全性的要求来配置的。安全仪表系统的冗余由两部分组成，如图 2-6-7 所示，其一是逻辑结构单元本身的冗余，其二是传感器和执行器的冗余，这只是硬件配置，不仅如此，还要考虑冗余部件之间的软件逻辑关系。针对不同的图 2-6-7 安全仪表系统的冗余组成场合，冗余的次数及实现冗余的软逻辑不同。现在美国和欧洲已有相当多的标准来规范冗余的配置，
25、我国有关方面也正在制定相关的行业标准(石油化工安全仪表系统设计规范)来规范冗余的配置。6、冗余逻辑表决方式表决(Voting) 指冗余系统中用多数原则将每个支路的数据进行比较和修正，从而最后确定结论的一种机理。例如：loolD(1 out of lD) 1 取 1 带诊断loo2(1 out of 2) 2 取 1oo2D(1 out of 2D) 4 取 l 带诊断2oo3(2 out of 3) 3 取 22oo4D(2 out Of 4D) 4 取 2 带诊断在选择了冗余后，对冗余表决逻辑则根据情况编制相应的软件程序。(1)二选一表决逻辑 loo2 方式loo2 方式是“与”逻辑 即 A
26、B=1。正常状态下，A、B 状态为 1，只要 A、B 任一信号为0，发生故障，通过表决器执行命令，执行器执行相应动作。适用于安全性较高的场合。(2)二选二表决逻辑 2oo2 方式 2oo2 方式是“或”逻辑 即 A+B=1。正常状态下，A、B 状态为 l，只有当 A、B 信号同时发生故障为 0 时，表决器才命令执行器执行相应动作。适用于安全性要求一般，而可使用性较高的场合。2oo2 选择能有效防止安全故障的发生，从而大大提高系统的可使用性，这是从另一角度出发选择的冗余表决逻辑，但系统极有可能造成严禁故障的发生。因此，从安全的角度讲，2oo2 方式是不可选的，德国 TV 标准，禁止 2oo2 方
27、式使用在 ESS 系统上。通过对以上二重化表决逻辑的分析可以看出，loo2 和 2oo2 都有缺陷，当出现 A、B 两个状态相异时，究竟哪个是正确、哪个错误呢?（3）三选一表决逻辑 loo3 方式loo3 方方式是“与”逻辑 即 ABC=1。正常情况下，A、B、C 状态为 l，只要 A、B、C任一信号为 0，发生故障，表决器就命令执行器执行相应的联锁动作。适用于安全性很高的场命，而不顾及其他情况。三选一 loo3 方式表决逻辑出自高度安全的角度，它最有效地防止了严禁故障的发生，比 loo2 方式更严格，但增大了安全故障发生的机会。它的安全故障发生率是单一系统的 3 倍。(4)三选二表决逻辑 2
28、oo3 方式 2oo3 方式是既“与”逻辑又“或”逻辑，即 AB+AC+BC=1。正常情况下，A、B、C 状态为 l，当 A、B、C 中任两个组合信号同时为 0，发生故障时，表决器就命令执行器执行相应的联锁动作。适用于安全性、使用性高的环境场合。三选二 2oo3 表决逻辑是比较合理的选择，它能克服二重化系统不辨真伪的缺陷，任一通道不管发生什么故障，系统通过表决后照常工作，其安全性和可用性保持在合理的水平。7、容错、容错技术及容错系统（1） 容错(Fault Tolerant)是指功能模块在出现故障或错误时的能力。可以继续执行特定功能进一步讲容错是指对失效的控制系统元件(包括硬件和软件)进行识别
29、和补偿，并能够在继续完成指定的任务、不中断过程控制的情况下进行修复的能力。容错是通过冗余和故障屏蔽(旁路)的结合来实现的。（2） 容错技术是发现并纠正错误，同时使系统继续正确运行的技术，包括错误检测和校正用的各种编码技术、冗余技术、系统恢复技术、指令复轨、程序复算、备件切换、系统重新复合、检查程序、论断程序等。（3） 容错系统是对系统中的关键部件进行冗余备份，并且通过一定的检测手段；能够在系统中的软件和硬件故障时，切换到冗余部件工作，以保证整个系统能够不因这些故障而导致处理中断。在故障修复后，又能够恢复到冗余备份状态。具备此种能力的系统即为容错系统。容错系统又分为硬件容错系统和软件容错系统，硬
30、件容错系统在 SIS 系统中更有优势。8、故障安全故障安全是安全仪表系统在故障时按一个已知的预定方式进入安全状态。故障安全是指 ESD 系统发生故障时，不会影响到被控过程的安全运行。ESD 系统在正常工况时处于励磁(得电)状态，故障工况时应处于非励磁(失电)状态。当发生故障时，ESD系统通过保护开关将其故障部分断电，称为故障旁路或故障自保险，因而在 ESD 自身故障时，仍然是安全的。具体地说在设计安全停车系统时，有下列两种不同的安全概念。（1） 故障安全停车：在出现一个或多个故障时，安全仪表系统立即动作一个预定义的停车工况。（2） 故障连续工作：尽管有故障出现，安全仪表系统仍然按设计的控制策略
31、继续工作，并不使装置停车。对应于上述两种情况的 ESD 系统分别称为故障安全(Fail-Safe)型系统和容错(Fault-Tolerant)型系统。9、故障性能递减故障性能递减指的是在 SIS 系统 CPU 发生故障时，安全等级降低的一种控制方式。故障性能递减可以根据使用的要求通过程序来设定。loo2D 取一带自诊断方式即系统故障时性能递减方式为 2-l-0。表示当第一个 CPU 被诊断出故障时，该 CPU 被切除，另一个 CPU继续工作，当第二个 CPU 再被诊断出故障时，系统停车。采取 3 取 2 表决方式，即 3 个 CPU 中若有一个运算结果与其他两个不同，即表示该CPU 故障，然后
32、切除，其他两个 CPU 则继续工作，当其他两个 CPU 运算结果不同时，则无法表决出哪一个正确，系统停车。在双重化 2 取 1 带自诊断 2oo4D，系统故障时，递减方式 4-2-0，系统中两个控制模块各有两个 CPU，同时工作，又相对独立，当一个控制模块中 CPU 被检测出故障时，该 CPU被切出，切换到 2-0 工作方式:其余一个控制模块中两个 CPU 以 loo2D 方式投入运行，若这一控制模块中再有一个 CPU 被检测出故障时，系统停车。总之在出现 CPU 故障时，安全等级大降，但仍能保持一段时间的正常运行，此时必须在允许故障修复时间修复，否则系统将出现停车。如 32 一 0 方式允许的最大修复时间为1500 小时。对于不同的系统，不同的安全等级故障修复时间不同。10、相 异就是 采用不同的技术、设备或设计方法完成同样的功能，目的在于将共同原因差错降到最低限度。通过对以上理论的系统学习解决了我在以往工作中的模糊概念，掌握了更多的知识，我要把所学到的知识运用到实际工作中去，为炼油厂的发展多做贡献。2010-6-4
