本文内容来自：中石油兰州石化机电仪中心车间主任刘三延先生，于“2024第五届西北区化工企业自动化智能化与安全改造应用技术交流大会”上发表的报告。

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大会现场影像

利用智能化、数字化及网络技术等先进手段，充分发挥DCS系统及智能仪表的优势，采用DCS系统软件对智能仪表HART仪表温度信号进行采集组态，从而采集到 现场仪表保温箱内等环境温度；同时采集到现场仪表故障及工艺测量过程信号等信息, 在DCS 系统对仪表指示高开路、低开路、变化率、高偏差、低偏差等参数进行组态 ,再通过DCS 系统OPC 软件采集报警信息，同时对采集到的报警进行识别、分级、分 类、设计；再通过MES路径上传至顶层服务器后配置报警信息，实现手机即时通时时 报警，以达到提醒操作服务人员、技术人员以及管理人员现场仪表出现故障信息，需 立即进行查看及故障判断的目的，从而实现装置长周期稳定运行的目标。

科学技术是第一生产力，伴随着科学技术的不断发展，工业领域也迎来了重大突破，智能仪表也逐步向化工领域不断推广。就目前形式来看，在炼化企业推行智能化、数字化，弥补维护人员逐年减少带来的人员缺口势在必行。针对自动化仪器仪表及控制系统来说，采用微处理技术，集成电路技术和接口通讯技术，网络技术，在控制系统软件及网络软件的驱动下实现资源的优化及整合，实现现场仪器仪表测量及故障报警，提高炼化企业的安全生产能力，推动炼化企业的产品升级存在积极意义。

兰州石化公司先进报警管理系统的报警事件采集系统安装部署于公司77套生产主要装置DCS、PLC系统网络中的报警事件的软件，通过OPC数据传输接口MES路径实时采集和跟踪装置报警信息，包括报警时间、类型、原因和处置方式、DCS 过程报警、DCS系统报警、报警处置方式、报警相关参数，将报警信息写入报警事件数据库系统， 通过手机即时通报警功能，将一级工艺报警、设备报警、控制系统报警、HART 仪表 保温报警、仪表故障诊断报警报警、重大危险源报警等报警信息推送至手机即时通，确保手机时时监控现场仪表及控制系统的运行状态，发现故障信息及时处置，确保装置的安全平稳长周期运行，同时可进一步优化仪表维护人员人力资源配置。

兰州石化公司共计上百套装置，仪表台件数12.54万台，联锁回路2102个，保护逻辑回路4262个，控制回路9455个，关键控制回路1427个，复杂控制回路983个，DCS系统102 套 ，GDS 系统47套，SIS系统57套，ITCC 系统18套，面对这么多的仪表回路、关键控制及联 锁回路。

兰州石化公司仪表专业虽然制定了“一装置一策略”,策略中提出针对联锁及关键控 制控制回路一日两次的巡检，但是现场很多的仪表故障是仪表人员巡检无法发现，如仪表本体 故障，仪表接线松动，仪表差压变送器导压管堵等均可通过信号的波动提前发现，仪表人员不 可能24小时连续监控每台关键仪表及控制系统的运行状态，若仪表出现故障，无法第一时刻 发现故障并进行处置，将造成装置的大幅度波动，严重影响到装置的长周期稳定运行，利用技 术手段代替人工巡检，通过手机即时通报警实现故障诊断报警，报警流程简图如图下。

（一)仪表故障诊断实现概念

艾默生DeltaV DCS,横河CS3000/CENTUM VP DCS以及霍尼韦尔PKS DCS均可实现仪表故障诊断报警，所取参数均为仪表输入开路/短路报警，仪表输入超高限及超低限报警，系统输出超高限及超低限报警，仪表输入变化率(幅值报警)等多个参数，在DCS系统组态时， 各种报警正常时为0,报警时为1VEL为变化率(或变化幅值);根据横河、霍尼韦尔系统不 同而不同；VEL+ 为当前值大于前一周期前变化率，VEL-为当前值小于前一周期变化率；考虑仪表故障发生的周期时间长短及发现的目的，报警仪表扫描周期(30秒～60秒)与输入变 化率计算相结合；仪表故障诊断实现功能框图如框图。

(二)艾默生DCS 实现仪表故障诊断计算算法

当现场仪表本体故障将反映出仪表信号保持当前值不变，即VEL的值为0;或仪表本体故障反映出仪表信号超上限或下限，即TAG.PV>102% 或者TAG.PV<-2%; 当现场仪表端子松 动或取压管线堵将反映出仪表信号波动大，即VEL+> 设定值或VEL- <设定值；当现场调节阀 卡涩或者阀门定位器等附件故障将反映出DCS 系统卡件输出信号超上限或下线，即TAG.MV>102%或TAG.PV<-2%。

(三)偏差报警VEL 的计算算法

依艾默生D CS 系统VEL 计算算法加以说明，在DCS 系统每块仪表设置N1、N2 两个寄存器，设置报警仪表的扫描周期为60S, 将仪表的当前测量值寄存至N1 寄存器中，下一个扫描 周期时将N1 寄存器中的仪表测量寄存至N2 寄存器，仪表的偏差为N1 寄存器中的值减去N2寄存器中的值，当前VEL 中的值与在DCS 系统设置的偏差值进行比较，当偏差值大于或小于 偏差设定值时均会触发DCS 系统故障报警，偏差报警的计算算法如框图。

(四)仪表输人/输出超限的取值方法

当采集到的现场仪表送DCS 系统信号 大于102%或小于-2%,换言之，信号大于20.32mA或小于-0.32mA, 将触发仪表故障诊断报警；当DCS 系统通过PID 控制回路计算得到或卡件故障输出信号大于 102%或者小于-2%,换言之，信号大于20.32mA 或者小于-0.32mA, 将触发仪表故障诊断报警，仪表故障诊断DCS 系统组态框图如右图。

(五)仪表故障诊断流程图组态

新增报警仪表的显示框图按照工艺单元分组，集中在一幅或几幅流程图显示；无报警时报警仪表位号及边框为黑色，报警时位号及边框变为红色；在流程图右上角做一个绿色的圆形报警图标，无报警时为黑框黑字，当系统中任何一块仪表报警时，报警图标变为红色并闪烁，显示当前报警仪表数量；无论仪表位号边框为红色保持还是报警图标为红色闪烁，在DCS 程序组态时均使用了多个RS触发器进行了搭建，如右图。

( 六 )SIS/ITCC/DCS 系统电源故障诊断实现方法

无论是集散控制系统(DCS)、 安全仪表系统(SIS) 还是机组控制系统(ITCC), 其基本架构是一致的，均是由外配电源模块、电源卡、控制器、I/O 卡件、连接电缆、端子板 以及工程师站、操作员站组成，系统故障诊断实现的方法根据每种系统的故障诊断软件，将系统控制器装置通过MODBUS 485或者以太网通讯至DCS, 在DCS 内部对通讯点使用多个RS 触发器搭建后实现仪表故障诊断；外配电源的实现方法是根据每台24VDC 电源均可提供 电源故障的干接点的特点，将每台电源故障干接点的常闭点进行串联后送DCS DI卡的DI点， 在DCS系统进行故障诊断报警诊断组态，实现控制系统故障诊断报警。实现方法如下图。

( 五 )SIS/ITCC/DCS 系统电源故障诊断实现方法

(七)现场仪表保温箱温度低故障诊断实现方法

无论是集散控制系统(DCS)、 安全仪表系统(SIS) 还是机组控制系统(ITCC), 其基本架构是一致的，均是由外配电源模块、电源卡、控制器、I/O 卡件、连接电缆、端子板以及 工程师站、操作员站组成，系统故障诊断实现的方法根据每种系统的故障诊断软件，将系统控制器装置通过MODBUS 485或者以太网通讯至DCS, 在DCS 内部对通讯点使用多个RS 触发器搭建后实现仪表故障诊断；外配电源的实现方法是根据每台24VDC 电源均可提供电源故 障的干接点的特点，将每台电源故障干接点的常闭点进行串联后送DCS DI卡的DI点，在DCS 系统进行故障诊断报警诊断组态，实现控制系统故障诊断报警。实现方法如下图。

(一)仪表故障诊断报警手机推送网络架构

根据兰州石化公司现有网络结构进行部署，在OPC站上部署报警事件信息采集程序，采集报警和操作记录事件；在安全网闸、PHD Buffer转发程序，将OPC 中采集到的报警事件 信息传至先进报警管理系统服务器。兰州石化先进报警监控系统网络拓扑图如下图。

(二)仪表故障诊断报警手机推送的设置方法

兰州石化公司在中石油范围内首次应用先进报警管理系统平台报警指标总览功能，报警位号可通过报警及操作分析进而自动加入台账管理，使得报警台账具备长效管理，在报警总 览中通过仪表位号区分了工艺报警、设备报警、仪表伴热报警、仪表故障诊断报警、控制系 统报警等多个区块，同时兰州石化公司利用创新的方法，绕过OPCda 点位授权，通过自主开 发程序，在办公电脑上实现了报警数据的时时动态监控，通过即时通群选择某类报警区块的 推动至相应的报警群，从而实现报警数据推送至互联网及移动终端；下图报警数据的四级推送过程。

(三)先进报警监控系统报警推送配置策略

报警监控系统中报警组态后可燃、有毒报警器，系统报警、重大危险源报警、仪表故障诊断报警手机推送。

(四)先进报警监控系统报警点设置

(1)报警监控系统中报警组态后新增HART仪表报警设置画面。

(2)重大危险源仪表预警设置画面

(一)故障诊断信息推送优势

先进报警管理系统平台手机即时通将仪表故障诊断报警推送按紧急、重要、一般、提示的不同优先级报警，按需推送至不同层级的管理人员手机；可精确到具体的报警点位，为各级管理人员实现专属的报警推送策略。

(二)故障诊断信息推送使用效果

兰州石化公司46万吨/年乙烯装置因裂解炉稀释蒸汽结焦比较严重、稀释蒸汽仪表正、负 取压管线取压口易堵，导致仪表波动较大；20万吨/年高压聚乙烯装置因反应压力超过2800公 斤，一、二次压缩机管线振动较大，反应坝内温度检测点为单点联锁，仪表端子松动后仪表指 示波动大触发故障诊断报警，仪表人员收到报警信息后立即联系工艺确认生产工况稳定后，切除联锁，采取对检测点端子检查处置等措施。自故障诊断信息推送投用后，每年杜绝两套兰州 石化重点装置生产波动十余次，节约生产成本上千万。

先进报警管理系统平台手机即时通将仪表故障诊断报警推送按紧急、重要、一般、提示的不同优先级报警，按需推送至不同层级的管理人员手机；可精确到具体的报警点位，为各级管 理人员实现专属的报警推送策略。

兰州石化先进报警管理系统是从装置报警优化与管理的角度 出发，融合了报警信息采集、分析、报警优化并与DCS 系统功能相结合，利用DCS 及现场智能 仪表的特点，从每个装置的现场实际出发，对装置安全、生产过程中反映出的仪表问题时时推 送至仪表各级人员手机，为装置的长周期稳定运行保驾护航；当前兰州石化仪表专业所推行的 仪表故障诊断报警，手机即时通推送各级报警的管理模式在中国石油内部已经走在了前列，该管理的模式的应用对推进兰州石化公司智能化、数字化转型的快速发展具有深远的影响，该功 能较好地使用在中国石油各地区公司的推广及应用具有重要的价值。

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