FPSO仪表回路测试与检测

摘  要：FPSO一种集油气处理，储存，外输，生活办公与一体并长期系泊在固定海域的新型石油平台，现在已是海上油田开采的重要设备之一，文章就对FPSO仪表回路测试和检测进行解析。

关键词：FPSO;仪表回路;信号类型

中图分类号：TQ056         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0069-02

引言

FPSO是在海洋石油天然气工业中使用的浮式生产储存卸货装置。FPSO工作过程的自动化程度要求非常高，因为无论是在生产过程中还是生活办公过程中，各种电器设备、易燃易爆气体甚至一些有毒气体都是可能威胁到作业人员的安全的，所以这就要求平台上尽可能的实现生产作业自动化并建立更加完善的自动化监测系统，完成这一目的的核心就是石油平台上的中央控制系统SAS（safety and automation system）。本文就FPSO的中央控制系統SAS中各种不同信号类型的仪表回路的测试和检测进行解析。

1 SAS仪表回路

SAS仪表回路一般指从现场仪表经过接线箱，端子排，安全栅在到机柜的卡键，组成一个回路，仪表回路又可分为开环和闭环，开环是指现场检测仪表信号传到二次表或 DCS 或 PLC 进行指示或报警;闭环是指现场检测仪表信号传到二次表或 DCS或PLC后经过运算，再将同计算结果相关的信号输出到执行器（调节阀，变频器等）;闭环回路又可分为简单回路和复杂回路（串级，分程，比值等都可看作复杂控制回路），如果把FPSO比作人的身体的话，那么SAS中控系统就相当于是大脑，仪表回路则是神经系统，SAS中控系统通过仪表回路来检测和维护FPSO的正常运行。

2 SAS仪表回路的信号类型

FPSO生产过程中，会涉及到温度、压力、流量、液位、开关状态等等很多物理量或者化学量，为了生产的安全性和高效性，这些物理量和化学量需要自动化集成在SAS中，以便及时监控，而这些物理量和化学量是是不可能直接传输到SAS中控系统的，它们需要先转化成电气信号（4-20mA，0-24VDC 等等），为了有效的管理这些转化的电气信号，我们大致将它们分为四类：模拟输入AI（Analog Input），数字输入 DI（Digital Input），模拟输出 AO（Analog Output），数字输出DO（Digital Output）。

2.1 模拟输入 AI（Analog Input）

模拟输入 AI（Analog Input）主要是指一些现场的物理量或者化学量转换成4-20mA的电气信号传输到SAS中控系统中，这类现场仪表主要包括：压力、温度、流量、液位传送器，震动传感器，重量传感器，火气探测器，火气报警器等。

2.1.1 压力、温度、流量、液位显示传送器

显示传送器仪表回路的测试，一般步骤为：0→LL（低低报警消失）→L（低报警消失）→50%→H（高报警出现）→HH（高高报警出现）→100%→HH（高高报警消失）→H（高报警消失） →50%→L（低报警出现）→LL（低低报警出现）→0;最后做 OPEN LOOP（断路）测试。

上述调试步骤并不固定，只需要保证SAS中控系统的画面显示与本地仪表的显示是一一对应的并且可以满量程测试，当然在测试前与测试过程中，都有可能遇到各种各样的回路错误报警，如果遇到此类问题，这时就需要对回路进行检测。

仪表回路检测主要包括两部分：硬件检测和软件检测。硬件检测即检测现场仪表、接线箱、端子排、安全栅、机柜的卡键、SAS服务器以及连接它们的电缆是否完好无损并正确连接;软件检测即检测SAS中控系统中的逻辑程序和 HMI（显示器上的仪表画面）是否准确无误。对于上述压力、温度、流量、液位显示传送器的检测，因为是将测量量转化成4-20mA的电流信号，所以我们只需用信号发生器在现场仪表侧给出4-20mA的电流信号，然后观察SAS中控系统操作站的仪表画面的相关反应就可以确定是硬件故障还是软件故障，最后参阅相关设计文件消除检测故障。

2.1.2 震动、重量、分析显示传感器

这仪表类型的测试与检测方法与2.1.1压力、温度、流量、液位显示传送器大致相同，只不过这类仪表的测量量比较抽象，在重新校对仪表的时候需要更加仔细认真。

2.1.3 火气探测器、火气报警器

这类火气仪表的测试和检测方法与2.1.1压力、温度、流量、液位显示传送器也大致相同，特点是不但测量量比较抽象，而且都是安全范畴内的，这就要求回路中要带有回路检测，这样回路故障可以及时被发现处理。

2.2 数字输入DI（Digital Input）

数字输入DI（Digital Input）是指现场的一些开关、按钮的状态转化成0-24VDC的电压信号传输到SAS中控系统中，这类现场设备主要分包括：位置、压力、流量、液位开关，按钮，公共告警灯等等。

2.2.1 位置、压力、流量、液位开关

位置、压力、流量、液位开关是将现场的开关的开状态和关状态转化成相应的0和24VDC电压信号。这类位置、压力、流量、液位开关回路的测试一般步骤为：现场位置开关打到关状态，机柜的卡键接收到24VDC的电压信号，中控系统中位置开关画面显示关状态;位置开关再打到开状态，机柜的卡键接收到的24VDC电压信号消失，中控系统中位置开关画面显示开状态。

回路检测也同样是两部分：硬件检测和软件检测。其检测方法与步骤与上述传送器一样，但因为是转化为0-24VDC电压信号，所以使用的检测仪器不再是信号发生器，而是可以直接使用万用表在现场开关一端测量相关电缆的电压多少来确定是硬件故障还是软件故障，然后进行整改。

2.2.2 按钮

应急停止按钮是将触发状态和非触发状态转化成相对应的24VDC和0电压信号，应急停止按钮也是一类常见的VFC（干接触）信号类型，因此，测试和检测方法与 2.2.1 位置、压力、流量、液位开关是相同的，只不过这类应急停止按钮如果触发，可能导致一些设备突然关停，发生安全隐患，所以在测试前要先把应急停止按钮强制不生效（Force On）。

2.3 模拟输出 AO（Analog Output）

模拟输出 AO（Analog Output）主要是指SAS中控系統中的控制信号转换成4-20mA的电气信号传输到现场控制阀，控制阀做出相应的动作来保证生产过程的正常运行。控制阀由两个主要的组合件构成：阀体组合件和执行机构组合件（或执行机构系统），这里所讲的4-20mA的电气信号主要就是传输到执行机构组合件中的电磁阀，而电磁阀则是用来控制气动执行机构开关的，这样就达到了控制阀门开关的目的，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。

这类控制阀测试步骤：通电通气后，由SAS中控系统给出控制阀输出值（0→50%→100%→50%→0），最后做FO（Fail Open）、FC（Fail Close）测试。

控制阀回路检测同样主要包括两部分：硬件检测和软件检测。硬件检测即检测现场控制阀、接线箱、端子排、安全栅、机柜的卡键、SAS服务器以及连接它们的电缆是否完好无损并正确连接;软件检测即检测SAS中控系统中的逻辑程序和HMI（显示器上的仪表画面）是否准确无误。对于上述控制阀的检测，因为是将控制量转化成4-20mA的电流信号，所以我们只需用万用表在端子排和控制阀两侧同时测试一下电流信号并对比一下，然后观察现场控制阀的相关反应就可以确定是硬件故障还是软件故障，最后参阅相关设计文件消除检测故障。

2.4 数字输出AO（Analog Output）

数字输出AO（Analog Output）主要是指SAS中控系统中的控制信号转换成 24VDC 的电气信号传输到现场仪表设备，仪表设备做出相应的动作来保证生产过程的正常运行。这类仪表设备主要包括：电磁阀，开关，报警灯，喇叭等等。这类仪表设备测试步骤：由SAS中控系统给出动作指令，观察现场仪表设备的相应反应。

回路检测主要包括两部分：硬件检测和软件检测。硬件检测即检测现场控制阀、接线箱、端子排、安全栅、机柜的卡键、SAS服务器以及连接它们的电缆是否完好无损并正确连接;软件检测即检测SAS中控系统中的逻辑程序和 HMI（显示器上的仪表画面）是否准确无误。对于上述仪表设备的检测，因为是将控制量转化成24VDC电压信号，所以我们只需用万用表在端子排和现场仪表两侧同时测试一下电压信号并对一下，然后观察现场仪表设备的相关反应就可以确定是硬件故障还是软件故障，最后参阅相关设计文件消除检测故障。

3 结束语

本文介绍SAS仪表回路定义，以及SAS仪表回路的信号类型，探讨了仪表设备测试步骤，并对回路检测进行了研究，实际工作中还应根据具体仪表和相关设计文件进行检测，通过大量的测试和数据积累，可以有效掌握仪表测试与检测，及其处理和解决问题的方法。

参考文献：

[1]邱祥伦.石油化工自动化仪表控制技术及仪表控制[J].工业自动化仪表，2018.

[2]易孟林.现代控制工程原理[M].华中科技大学出版社，2008.

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