自控系统数据异常原因分析

自控系统数据异常原因分析

 ,曲田华  ,于帆  ,刘文烈

黑龙江省大庆市大庆石化公司设备维修中心

摘要：数字化油田、智能化油田、智慧化油田是油田未来发展的必然趋势。而随着油田数字化的不断推进，数字化仪表的普及率逐年提高，使用量会不断增加。与此同时数字化仪表信号出现异常的频次也会逐步提高，本文将会结合数字化仪表对自控系统中数据出现异常的原因进行简单分析，有利于提高处理仪表故障的效率。

关键词：数字化；仪表；异常

0引言

随着电子技术的飞速发展和油田数字化建设的不断深入，数字化智能仪表逐渐普及，不可避免的会产生一系列影响智能仪表正常运行的故障问题，从而导致仪表信号的异常，使得客户端的数据发生异常。因此，快速高效的发现故障并解决问题成为当务之急。面对自控系统故障类型多、排除技术难度高、生产维护工作量大等实际情况，对自控系统中数据异常原因进行总体分析显得尤为重要。

1. 自控系统中数据传输途径

油田中常用的仪表有物位仪表、温度仪表、压力仪表、流量仪表等。随着油田向数字化、智能化、智慧化方向的不断发展的过程中，仪表数据的采集慢慢的从本地读取发展为远程采集，集中监控的形式。在这一过程中，就需要对仪表的信号进行传输，在客户端或监控中心进行实时监控。

在自控系统中，客户端数据的获取首先通过现场一次表对物位、温度、压力、流量等参数进行采集，通过变送器将原始信号转变成电流、电压或者电阻信号传送到控制器，在控制器中对采集到的电信号进行运算处理后再传输到客户端转变成相应的数据。

图1 自控系统中数据传输途径

2. 自控系统中数据异常原因

当自控系统能够正常运行并且客户端的数据能够正常读取时，说明自控自控系统中数据的传输途径是正常的。客户端采集的数据出现异常时，应当对数据传输的途径进行逐层分析。可以从以下几个方面对出现问题的原因进行分析。现场一次表和变送器、控制器、客户端软件和传输线路及其附件。

2.1一次表和变送器故障

一次表和变送器是数据采集过程中最基础的一步，无论数据是否需要远传，都需要保证一次表能够正常工作。当客户端的数据显示异常时，首先要做的就是对一次表进行检查核实。是否存在因外力作用造成的物理性损坏，在排除此类因素后，需要检查自动化仪表的本地显示数据是否存在异常。若一次表出现无示数的情况，则需要对仪表供电进行检查，当排除了供电的因素后，则考虑是仪表本身损坏。这种情况下，需要将一次表进行维修或更换。当出现一次表有示数，但是仪表显示的数值明显出现错误的时候，首先检查仪表的测量口是否出现堵塞等工艺方面的因素导致的仪表显示数据的异常。在排除了工艺方面的因素后，则应该考虑是自动化仪表的主板出现死机或损坏，在对仪表进行重启复位后故障仍未消除，则应维修或更换主板。

对于室外安装的自动化仪表容易受到环境因素的影响。当仪表运行年限较长，密封部件出现老化，在连续的阴雨天气时，空气湿度较大，或者出现剧烈的温度变化时，空气中的水汽容易凝聚成小水珠。当水珠凝聚在仪表主板上，严重时会造成设备短路从而损坏设备，甚至造成更严重的后果。当凝聚水珠的情况较为轻微时，会造成仪表的电阻的降低，对于不同的仪表会造成不同的影响。对于热电阻来说，在油田上通常使用铂电阻，它的特性是，随着温度的升高，铂电阻的阻值会升高。而当因为水汽凝聚造成电阻阻值降低时，会使测量到的温度比实际温度低的情况。对于采用电阻信号的浮球液位计来说，当因为水珠的形成造成电阻值降低时，会造成显示液位与实际液位不符的情况。

2.2信号传输线路及其附件故障

信号传输线路及其附件故障分为变送器到控制器的信号传输部分和控制器到客户端的通讯线路。控制器到客户端的通讯线路通常使用双绞线，在无外界物理性损坏情况下通常不会损坏，因此本节不再介绍。

通过调查分析，在仪表信号异常发生的情况中有很大一部分都是因为仪表的供电出现故障。也就是说，如果解决了供电的问题，大部分的信号数据异常问题会随之解决。

常见的显示类仪表的供电大部分都是24V电源供电，当供电电源发生故障时，仪表会无法正常工作，造成客户端无法获取数据。随着电源使用时间的上升，达到或者超过其使用年限时，内部的电子元件会逐渐发生老化，造成电源的损坏。另外，若电源的输入电压不稳定，超过电源的额定输入电压时，也会造成供电电源的损坏，继而造成仪表信号中断。在此情况下应该选择更换相应规格的电源。

另外一种情况是虽然供电电源正常工作 ，但是一次表端仍然检测不到电压，此时应当首先考虑是保险端子损坏。当一条供电线路中因为负载的数量过多或者负载端仪表内发生短路时，会造成供电线路中的电流增大。当电流超过保险段子的额定电流时，保险会熔断从而起到保护上端电源和下端的仪表的作用。此时，也会造成仪表信号的中断。在此情况下应当对该通道内负载进行检测分析，并更换相应规格的保险。

在检查完电源和保险端子，确定未发生故障时，应当对接线端子进行顺序排查，是否存在接线端子处由于施工时接线松动或者因为震动导致线路脱落而导致的断路。当所有接线端子检查完毕并未存在问题时，应当考虑线路因受到外力作用发生断路，此时应对线路进行更换。

2.3控制器故障

控制器全称为可编程逻辑控制器，是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。在正常使用的情况下，控制器出现故障的概率是比较小的。但是当出现停电而导致客户端大范围数据丢失的时候，应当对控制器的电池进行检查，是否存在因为停电并且电池亏电而导致控制器内的程序丢失的情况。当客户端出现某一个或几个数据丢失的时候，应当对控制器的输入模块或单个通道进行检查，在重启复位后仍未恢复正常后，应当更换输入模块或更换备用通道。

2.4客户端故障

客户端通常指安装有特定组态软件的一台工控机。组态软件，又称组态监控系统软件，是指数据采集与过程控制的专用软件，也是指在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。实际上也是一种通过灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。因为组态软件造成的数据异常通常是因为仪表量程设置错误造成的。对于因为仪表量程设置而造成的信号异常，通常是因为更换仪表造成的。更换的新仪表与之前的仪表的量程不一致，而在客户端或者下位机编程软件中未对仪表量程进行更改，或者量程输入错误造成的。如某压力变送器原始量程为0-4MPa，更换后的压力变送器为0-6MPa，对于压力变送器而言，会将测量的压力值以4-20mA的电流的形式发送。若真实压力为2MPa，则原始压力变送器会输出12mA的电流，而更换后的压力变送器会输出9.33mA的电流。若未对量程进行更改则会继续按照原始压力变送器的量程进行计算，这样计算出的压力值则为1.33MPa。因此，未正确设置仪表量程会造成客户端上显示的数值的异常。

3. 结论

数字化、智能化、智慧化油田是油田发展的必然趋势，在此背景下，数字化智能仪表的数量会越来越多，这些仪表像是整个自控系统的眼睛，对整个系统进行监视并进行相应的控制。通过近几年在仪表方面的实践以及调查发现，当自控系统中数据发生异常时，一次表、变送器、控制器、客户端以及传输线路及其附件都有可能是造成客户端数据异常的原因。只有对有可能造成客户端数据异常的原因有了全面的认识才能在应急维修时高效、精准的发现故障点并及时处理，为油田安全平稳生产助力，确保油田数字化推进过程的稳步推进。

参考文献

[1].过程控制系统程序异常的检测及自动恢复[J].王申声,姚雪软.河南科学.1995,第004期

[2].浅析过程控制仪表与过程控制系统[J].刘志成.中国包装科技博览.2012,第006期

作者简介：

曲田华:男，1964年3月8日出生，籍贯：黑龙江呼兰，现从事化工仪表维修工作。联系地址:黑龙江省大庆市大庆石化公司设备维修中心仪表三车间。联系电话：13836801600；Email：626455813@qq.com

于帆：男，1966年9月19日出生，籍贯：黑龙江安达，现从事化工仪表维修工作。联系地址：黑龙江省大庆市大庆石化公司设备维修中心仪表三车间；联系电话：13936821331；Email：yxy0484@sina.com；

刘文烈：男，1966年7月17日出生，籍贯黑龙江青岗，2000年毕业于大庆石油学院计算机应用专业，现从事石油化工仪表维修工作。联系地址：黑龙江省大庆市大庆石化公司设备维修中心仪表三车间；联系电话：18945963913,；Email：617812783@qq.com；