仪表自动化应知应会

仪表自动化应知应会一、SCADA系统操作系统、应用软件、硬件设备与通信网络相关操作与故障处理。1.SCADA软件故障处理。SCADA系统软件故障主要包括实时数据库故障、历史数据库故障、HMI监控故障等，故障现象一般表现为系统无法监控，画面卡死，无法操作等。处理方法要具体问题具体分析。若多台操作站均无法监控，一般为服务器故障，需要联系专业人员排查故障；若单台操作站无法监控，其他同功能的操作站正常，一般为单台操作站的故障，处理方法为重启监控画面或重启操作站即可；若整条管道多个站数据均出现异常，一般为通信链路的故障，需要联系通信专业进行故障排查。2.SCADA系统硬件故障处理。SCADA系统硬件故障主要包括PLC系统硬件故障、服务器/工作站、交换机故障等，部分硬件故障会在SCADA系统上有报警提示，但也有部分故障只能现场巡检排查。故障的判断方法：SCADA硬件一般都有指示灯，绿色表示正常、黄色表示告警、红色表示紧急故障。二、仪表自动化专业管理制度、相关标准规范、关键自控设备操作规程/作业指导书等。1．集团公司仪表管理制度国家管网集团仪表自动化管理规定2．所属企业主要职责贯彻执行国家仪表自动化管理相关法律、法规，依据集团公司仪表自动化管理制度，制定本单位仪表自动化管理制度和标准；参与集团公司仪表自动化业务规划编制和审查；组织编制本单位仪表自动化规划。负责所辖区域内新建、改扩建仪表自动化项目的建设、调试和投用。负责所辖区域内仪表自动化系统（含工控系统网络安全）的运行维护、故障处理和应急抢修管理。负责本单位仪表自动化系统运行及维护人员的资格审核、技能培训、考核取证。3．华南公司仪表管理制度仪表设备管理规定、仪表设备操作及维护保养规程、仪表设备检维修规程。三、输油气站场（阀室）智能仪表及设备（压力变送器、温度变送器、液位变送器、流量计、执行机构、可燃气体探测器、火焰探测器等）的结构原理、日常操作与维护，了解输油气站场（阀室）智能仪表维修前应注意的事项。1．TYCO电液执行机构工作原理液压系统采用双向泵提供液压动力，并通过双向泵不同方向的供油完成阀门的开启和关闭功能。阀门的开关由双向泵控制。当电机顺时针方向旋转时，阀门关闭。当电机逆时针旋转时，阀门开启。蓄能器的压力由压力继电器控制：当蓄能器的压力低于压力继电器设置的低值140bar时，泵自启动补油；当蓄能器的压力达到继电器设置的高值160bar时，停泵保压。当紧急状态ESD时，防爆电磁阀(424)得电，执行机构的油杆腔回油，阀门紧急关闭。当手动阀处于中位时，由电气控制阀门开关；当手动阀处于其它两位时，则由手动泵完成阀门的开关。液压油箱配有液位计可观察液位；液压油可以使用国内产品，牌号为HL32。2．热电阻工作原理热电阻：热电阻是利用导体在温度变化时本身电阻也随着发生相应变化的特性来测量温度的。3．双金属温度计工作原理双金属温度计用于现场就地指示，无信号传送回操作室指示，直接安装在管线或设备的测温点上，可直观看到温度值。双金属温度计是由两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的测温元件。测温元件的一端固定，如果温度升高，双金属片受热后由于两种金属片的膨胀系统不同而产生弯曲变形，弯曲的程度与温度高低成正比。4．压力变送器工作原理压力变送器是将压力信号转换为标准电流或电压信号的仪表，其原理是：被测压力作用在测量元件上，随着被测压力的变化，产生与被测压力成比例的微小位移，这个位移通过相应的转换机构，转换成标准电流信号，通过传送部件的运算放大后，输出与被测压力成线性关系的标准电流信号。压力变送器或差压变送器既有远传功能兼有就地指示功能，从压力传感器将压力转换成电量的途径来看，主要有电容式、电感式和电阻式三种。在长输管道中应用较为广泛的是电容式压力传感器。5．压力表工作原理弹性式压力表是将被测压力转换为弹性元件变形的位移来进行测量的。6.压力开关工作原理？压力开关是一种借助弹性元件受压后产生位移以驱使微动开关工作的压力控制仪表，通常使用在报警或联锁保护系统中，如泵入口压力、进、出站压力等。7.质量流量计的工作原理科氏力流量计有两部分组成：一是流体从中流过的传感器；另一部分是电子组成的转换器，使传感器产生振动并处理来自传感器的信息，以实现流量测量。流量计的测量管道是平行的U型管。驱动U型管产生垂直于管道角运动的驱动器由激振线圈和永久磁铁组成。位于U型管的两个直管管端的两个检测器用于监控驱动器的振动情况和检测管端的位移情况，检测出两个振动管之间的振动时间差△t，以便通过转换器（二次表）给出流经传感器的质量流量。这个时间差对应两个检测器所输出的电压的相位差，与质量流量Qm成比例。转换器（）二次表）将该相位差信号进行整形放大后，以时间积分得出与质量流量成比例的信号，即质量流量。8.超声波流量计工作原理利用超声波测量流量的原理主要有时差法和多普勒法。9.热式流量开关工作原理流量量开关安装于进出站泄压阀后，作用是当泄压阀动作时进行报警或联锁。采用两只带有保护套管的铂热电阻（RTD）作为基本的测量元件，当传感器置于无流量的介质中时，由于加热器的作用将在两只RTD间将形成一个温度差值（△T）。随着介质的流动，基于热传导原理，介质分子将带走测量端RTD上的部分热量，而参考端RTD的温度将保持不变，因此两只RTD间的温差将减小。温差的变化与介质的流量及介质本身的热特性有关，较高的流速或密度较大的介质将加快两RTD间温差的变化。FCI通过线性化电路将温差的变化转换成与流量相对应的输出信号。10.靶式流量计工作原理靶式流量计属于动压式流量计，在测量管（仪表表体）中心同轴放置一块圆形靶板，当流体冲击靶板时，靶板上受到一个力F，它与流速V，介质密度ρ和靶板受力面积A之间存在一定的关系，靶板的受力经力传感转换成电信号，前置放大，再经过A/D转换及计算机处理后，可得到相应的流量和累计流量。11.金属转子流量计工作原理转子流量计属于节流式流量计，其工作原理：它是由一段向上扩大的圆锥形管子和重度大于被测流体重度能随被测介质流量大小而作上下浮动的转子组成。介质自下而上流经转子与锥形管之间的环形缝隙时，因为流通面积突然变小，流体受到了截流作用，于是转子上下的流体的静压力就产生了差异，使转子向上浮，转子自身的重力使之下沉。当二力平衡时转子就稳定在某一位置上。流量不同，转子的平衡位置就不同，流通截面积也不同。因而，根据流通截面积的大小来就可衡量流量的大小。12.磁致伸缩液位计工作原理磁致伸缩液位计是输油站常用的一种物位仪表，液位仪由密封的磁致伸缩传感杆、电子探头、浮子和测温传感器四部分组成。磁致伸缩液位计的工作原理：液位计电子头部产生一个低电流“询问”脉冲，此电流同时产生沿导波管向下方运动的电流磁场。在液位计管外配有浮子，此浮子沿测量杆随液位变化而上下移动。由于浮子内装有一永久磁铁，所以浮子同时产生一个磁场。当电流磁场与此浮子磁场相遇时，产生“导波扭曲”脉冲，即相应的“返回”脉冲。测得“询问”脉冲发出至检测到“返回”脉冲的时间就可确定浮子的位置，即得到被测液体的液位值。13.伺服液位计工作原理伺服液位计是基于浮力平衡原理工作的。它由步进式微伺服电机根据浮盘受力的变化产生的“相应控制指令”驱动体积较小的浮子进行运动，通过测量钢丝的长度来精确地测出液位。其精度可达±1mm。300m3以上的油罐一般使用伺服液位计。14.超声波液位计工作原理超声波液位仪是依据“回波反射的原理”来进行液面测量的。探头向液面发射超声波，超声波遇到液面反射回波，回波被探头接收，超声波液位仪记录声波从发送到接收的时间间隔（T），这个时间间隔与探头到液面的距离（S）成正比关系。15.在线密度计工作原理密度计属于振动式密度计，其工作原理是：流体密度会影响测量管的振动频率，而密度与频率有固定的关系，因此可通过测量振动频率来测得测量管中流体的密度值。16.油品界面仪工作原理光学界面检测仪是用于划分、确定油品种类及界面的重要仪器，通过测量和分析油品的光学特性值，达到区别油品种类和界面的目的。光学界面检测仪一般安装在进站前1公里的位置，以便提早检测油品界面，辅助油品切割。17.可燃气体检测报警器工作原理可燃气体报警器的检测器是一个由检测元件、补偿元件和精密线绕电阻组成的惠斯登电桥。检测元件和补偿元件同是对称的热线型催化元件。只是检测元件与测量气接触，而补偿元件只是戴着密闭罩不与测量气体接触。当检测元件接触到可燃气体时，由于催化作用产生无烟燃烧，元件铂丝温度升高，其电阻值增大，电桥便产生不平衡信号，其信号大小与可燃气体浓度成正比。仪表根据检测器的输出信号大小来指示可燃气体的浓度并报警。18.火灾报警系统组成和系统原理火灾自动报警系统由控制器和探测设备组成。控制器一般安装在控制室内，感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮、防爆警铃、防爆火焰探测器等探测设备安装在综合楼、变电所和现场等重要区域。现场火灾探测设备检测到火灾信号或操作人员发现火灾时，发出信号给火灾监控设备，监控设备以声光形式报警，提示操作人员确认灾情，并进行灭火。19.参与联锁或控制的仪表的故障处理方法包括泵的轴温、泵壳温度、定子温度，进出站压力变送器、压力开关，泵总出口压力变送器、压力开关，泵的入口压力开关，下载线减压阀后压力变送器、压力开关，可燃气体、火灾报警开关等，发生故障时的处理方法如下：检查该信号参与的所有控制、联锁内容，确认该信号旁路后应相应采取的保障措施，然后按规定办理操作票，在作业票中体现出来。通知调控中心、生产操作人员及其他相关人员做好相应的准备工作。由调控中心旁路带联锁的故障仪表，通知站场。判断现场该仪表状态及操作条件，确认现场仪表允许操作。抢维修人员进行故障排除或更换仪表，现场操作人员配合监护。现场维修或更换调试完成后，由操作人员进行确认、签字。投用该仪表，向调控中心检维修汇报结果，由调控中心决定是否投用联锁，并通知站场。20.仪表接头滴漏压力变送器过程接口处渗漏，则更换合适的NPT接头，如果内螺纹损坏，则更换变送器并重新配管。仪表排污针阀关不严，则更换同型号针阀的阀芯。日常关针阀操作时用力要尽量轻。仪表针阀阀芯滴漏，则关闭第一道引压阀后，打开滴漏阀门，压紧阀芯或阀芯压帽。三阀组终端接头漏，则检查螺纹，必要时更换三阀组或加工接头。闸阀执行机构阀芯漏，处理时要小心平衡地压好压盖，如果问题依然存在，要加密封材料填。21.压力变送器（包括引压管、取压阀等附件）维修前需要注意什么事项先识别该变送器是否参与联锁，如参与联锁维修前应先进行信号屏蔽。四、BPCS（基本过程控制系统）、SIS、RTU、DCS等控制系统架构、网络拓扑、通信路由、数据流向、控制功能等。1.BPCS系统是基本过程控制系统，一般用来实现过程控制，主要包括PLC系统、冗余SCADA服务器、工作站、交换机等。2.SIS系统架构。SIS表示安全仪表系统，其架构与BPCS系统类似，也包括输入输出卡件、PLC控制器、上位机工作站及网络交换机等。其用于实现站场联锁保护功能。3.RTU系统架构。RTU全程为remoteterminalunit，远程终端单元。针对通信距离较长和工业现场恶劣环境而设计的具有模块化结构的特殊的计算机控制系统，具有数据采集、控制和通讯功能，它能接收主控制系统的操作指令，控制末端的执行机构动作。其原理和常规的PLC类似，也包括输入输出卡件、通讯模块、CPU模块等。RTU一般按照在阀室等场合，没有上位机，数据直接上传到邻近的站场和调控中心。五、工业控制系统网络安全等保定级及防护要求，知晓网络边界、网络安全防护设备资产，掌握网络安全防护策略和方法，熟悉网络安全应急预案。1.工控系统网络安全要从物理安全、数据安全、边界防护安全、资产安全等多方面开展。2.SCADA系统的网络应和其他业务系统网络物理隔离，USB和RJ45端口应物理封闭。3.所有SCADA相关的计算机上应安装防病毒软件，且应打开主动防御功能，定期做好病毒检查。4.必须以合法的账户和密码登录系统，严禁使用权限以外的账户登录工控系统；严禁在工控计算机上办理无关业务。5.严禁破坏、擅自关闭或启动工控计算机及附属设备；除系统备份专用移动硬盘及数据刻录用空白光盘外，其他任何移动存储设备严禁接入系统；严禁未经公司归口管理部门授权将便携式计算机、未经安全隔离的第三方网络设备接入工控系统。6.工控系统的运行软件管理：必须为正版的操作系统、应用软件和防病毒软件；工控系统的软件升级及补丁更新，应先在线下模拟系统中进行验证，在不影响系统可用性、实时性和稳定性的前提下在本机上更新。7.工控系统的外来访问管理：外来人员访问系统应先办理公司级作业票，并签订《工控系统外来访问安全承诺书》，且作业过程有专业人员监护；工控系统外只能通过广州数采网关，经过防火墙隔离读取数据，向数采网关发送数据的OPC服务器与工控系统相连的网卡宜独立设置。六、关键自控设备（执行机构、PLC、火气系统等）断电后的状态并对设备运行造成的影响。1．电液执行机构在失电、失信号时状态REXA、TYCO、扬州恒春、西安航天电液执行机构在失电、失信号时处于保位状态。REXA故障安全型电液执行器在失电时为保位状态，在失信号时，电液执行机构会运行到关阀位置（故障安全位置）。2．调节型电液、电动执行机构停送电时，应该如何操作一是执行机构掉电、上电时操作。在执行机构掉电后，必须将执行机构的电源开关断开；上电前必须对现场执行机构及SCADA系统输出进行检查确认，在现场执行机构阀位正确，且SCADA系统控制输出与阀位反馈一致情况，并经调度同意后，方可将执行机构上电。二是SCADA系统掉电、上电时，执行机构的操作。在SCADA系统在断电后，必须将执行机构置于就地控制状态，待系统恢复正常后，并经调度同意后方可切换。三是SCADA系统与执行机构同时掉电时应急操作。务必断开SCADA系统和调节阀供电控制开关，在恢复供电后，先将系统上电正常，再按照37.6.1要求，对执行机构进行上电恢复。3．电动执行机构在失电、失信号时状态电动执行机构在失电、失信号时处于保位状态。七、输油管道全线水击保护逻辑触发工况等控制逻辑设置。水击超前保护是当发生正水击时，通过自控系统的控制阀或机泵发出一个负压波，以拦截向上游传播的正水击波，使全线压力保持在允许范围内。主要包括RTU阀室误关闭水击保护逻辑、站内干线阀门误关闭水击保护逻辑等。八、工控数采网络安全为确保工控数据安全采集需求，同时按照安全区域基本划分原则，工业控制网络与工控隔离区网络，工控隔离区网络与多业务承载网络（办公网）均分成单独的逻辑网络域，网络域边界采用单向的技术隔离手段。公司建立工控安全数采区进行隔离缓冲，采用高安全性的隔离手段进行重点防护，确保各区域间的信息安全交互，同时进一步细化了防护范围和内容，提升了信息安全管理水平。主要的防护思路如下：1.工业控制系统与企业其他系统之间划分为两个区域，区域间采用单向的技术隔离手段；2.工业控制系统内部应根据业务特点划分为不同的安全域，安全域之间采用技术隔离手段；3.涉及实时控制和数据传输的工业控制系统，使用独立的网络设备组网，在物理层面上实现与其他数据网及外部公共信息网的安全隔离。为进一步提升工控网络安全，保障工控数据加密传输，2020年开展对工控网络改造提升，在工业控制系统与企业其他系统之间部署访问控制设备，配置访问控制策略，禁止任何穿越区域边界的E-Mail_Web、Telnet、Rlogin、FTP等通用网络服务；在工业控制系统内安全域和安全域之间的边界防护机制失效时，及时进行报警。具体主要是在边界增加工业防火墙、单向网闸和日志审计系统等网络安全设备，替换了以往传统的普通防火墙，建立了IPSECVPN专用加密隧道保证数据传输安全，增设网管及日志分析等安全管控设备加强对数采区域安全实时监测。仪表质量指标仪表的质量指标用来衡量仪表的性能品质，指标越高，表示仪表性能越好，通常价格也越贵。因此，不同的应用场合应选用性能指标相适应的仪表。常用的指标有准确度、变差和灵敏度、可靠性、稳定性等。1.准确度指测量结果与实际值（约定真值）的一致程度。准确度常称为精确度（习惯上称为精度），是仪表基本误差的最大允许值。准确度等级是仪表按照准确度高低而分成的等级，我国仪表划分为0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等多个等级，标志在仪表的铭牌或标尺上，如1.0级仪表可表示为1.0级、

、

等，表示该仪表的最大引用误差为±1.0%。数字越小，表示仪表的准确度越高。过程控制仪表大多选用0.5及以后等级的仪表。2.仪表变差指在测量条件不变的条件下，对被测变量进行多次上行程（正行程）和下行程（反行程）测量，得到仪表示值的最大差值与仪表量程范围比值，用百分数表示，也称为回差。即：

（1-9）式中，－上、下行程示值差的最大值。产生变差的原因主要是仪表的传动机构的间隙、摩擦，弹性元件的滞后等因素引起的。随着仪表技术的发展，检测仪表已大量数字化和智能化，几乎没有可动部件，变差可以忽略不计。3.灵敏度指仪表指示（输出）对被测变量变化的灵敏程度，数值上等于单位被测变量的变化引起仪表示值的变化，即：

（1-10）式中，S－灵敏度；－仪表示值的变化量；－被测量的变化值。

灵敏度有时也称为放大比，S越大，表明仪表灵敏度越高，仪表越灵敏。灵敏度不是越高越好，灵敏度太高容易造成振荡和输出不稳定。4.灵敏限

指仪表示值不发生变化的前提下，被测变量的最大变化范围。也称为不灵敏区或死区。一般正常仪表的灵敏限应不大于仪表允许误差绝对值的一半。5.重复性和复现性重复性是指在相同的测量条件下，对同一被测变量进行测量时，测量结果的一致性程度。相同的条件包括相同的环境、相同的测量仪器和测试程序、相同的位置和测试