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[摘 要]仪表自动控制系统的使用是保障工业生产实现自动化过程的重要措施，但是儀表自动控制系统在工作过程中若出现风险问题，直接会影响生产运行，从而给企业带来重大的经济损失。为此保障系统功能安全的关键是：采取有效措施维持安全仪表系统在运行阶段的性能稳定。本文针对某化工企业设备中的仪表控制在整个工作中存在的风险进行分析并且提出相应的对策，从而降低系统风险有效提高仪表控制系统的安全性。
[关键词]仪表控制系统；风险；分析
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0294-01
一、仪表控制系统
仪表自动控制系统指能对生产装置、设备可能发生的危险、措施不当行为等致使继续恶化的状态进行及时响应和保护，使生产装置和设备进入一个安全停车状况，从而使风险降低到最低程度，使得人员、设备和生产装置的安全得以保障。
随着生产装置持续长周期、满负荷运行，对仪表自动控制系统的可靠性、安全性的要求越来越高，保证仪表自动控制系统连续、正常运行，显得尤为重要。我们的目的是充分利用现有资源进行技术革新，降低系统风险，从而提高仪表的安全可靠性，为此我们要对仪表自动控制系统运行中存在的风险问题进行分析。
二、仪表控制系统中的运行风险问题分析
随着化工设备的长周期运行，仪表控制系统会出现各种各样的问题，我们可以从事故的结果入手，分析故障原因，并采取相应的措施，使不利结果得以控制。
（一）对突发事件提前预案
例如，我公司加热炉DCS发生系统报警，控制站有一卡处于故障状态，由于该卡控制着非常重要的控制阀，严重危及加热炉装置的运行安全。技术人员及时对有关阀门进行限位处理，有效地控制了事态的发展，对故障部件进行在线修复，经过紧急处理后，系统恢复正常，避免了加热炉的事故停车。
对上述案例分析，及时采取必要的措施，对突发事件要有提前预案，是保障系统正常运行的关键。为此我们可从以下几方面着手：
第一，充分利用现有资源，深入研究系统故障以后的紧急处理方案，如对重点控制阀采取人工限位，确保工艺生产的可控制性操作。
第二，从现场采样的温度、压力、流量等参数看，其变化速率曲线比较缓慢，而DCS卡故障前，采样数据出现不规则变化，反映到变化率上应该是一条快速而陡峭的曲线，工艺参数迅速变化，控制阀大幅波动，均有可能出现设备故障。因此，可以利用DCS丰富的数据资源编制故障信号预警程序，提前预报有可能发生的非正常性信号变化所隐含的事故倾向。
第三，要做好现有DCS系统更新换代，确保自动控制工作与时俱进。
（二）在不改变硬件的条件下，优化控制方案。
在实际生产过程中，高振值信号经常出现，大量现场实例说明这种信号大多数可能是伪信号，为了增强仪表控制系统的抗干扰能力，我们借助DCS的有利优势，发挥仪表软件的容错技术，在全面、详细分析了各种可能存在的问题后，对抗干扰程序修改编程，以达到屏蔽掉外界伪信号干扰的目的。事实证明这种方法收到了很好的效果，同时还避免了增加或更换必要硬件的弊端。
上述处理措施虽然没有从根本上解决问题。但基本消除了伪信号对系统造成的危害，在编制程序时需保证原有联锁系统的安全性、可靠性。
（三）从设计上全面考虑，完善联锁控制方案
从安全角度考虑，从设计上，一般设计2个系统，一个安全联锁系统，一个DCS系统。安全联锁是独立于DCS外的装置，为了分散系统风险，提升系统的安全、可靠性而设立的。联锁从功能上讲可分为工艺联锁、安全联锁两大类，一般将安全联锁、部分工艺联锁等功能放在了一个安全联锁系统上，将部分显示控制功能放在了DCS 系统中，实现了紧急停车、控制显示的完全分离。
例如：某公司的合成汽包装置中，联锁系统设置了一套独立控制着全装置的SIS联锁系统，它与DCS系统互为补充。如合成汽包装置设计了2台远传液位计，一台检测元件信号送入DCS进行PID运算控制。而另一台检测元件的信号则送进SIS系统，联锁停车。如果只用一台检测元件，既作为DCS信号源，又是SIS的联锁信号源，一旦该元件发生故障，将同时失去DCS监控和SIS联锁保护功能，非常危险。
随着时间的推移，现场仪表故障率不断增加，联锁方案不断修改，有效地保证了生产的安全长周期运行。对有些设备技术人员无法对其进行有效的监控，只能采取预防的措施。
（四）仪表自动控制系统运行中的风险等级评定
风险等级评定不同的工业过程（如生产规模、原料和产品的种类、工艺和设备的复杂程度等）对安全的要求是不同的。一个具体的工艺过程是否需要配置SIS、配置何种等级的SIS其前提应该是对此具体的工艺过程进行安全度等级（SIL）的评定。在确定了某个具体工艺过程的安全度等级之后再配置与之相适应的SIS。如风险矩阵法，是将工艺过程或装置发生事故（风险）的频率和严重性两个指标进行组合最后分成三个安全度等级。
（五）遵循仪表控制系统设计原则，规避风险
在设计仪表控制系统时一般应遵循4个原则。
1、独立设置原则
独立设置原则是指整个仪表自动控制系统应独立于过程控制系统（如DCS）以降低控制功能和安全功能同时失效的概率。
2、中间环节最少原则
中间环节最少原则是指构成仪表控制整个系统的环节应该最少，以尽可能减少故障点。
3、故障安全原则
故障安全原则是指当内部或外部原因使仪表自动控制系统失效时被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态。
4、冗余或容错结构原则
（1） 冗余。具有指定的独立的N：1重元件，并且可以自动的检测故障切换到后备设备上。
（2） 容错。具有内部冗余的并行元件和集成逻辑，当硬件或软件部分故障时能够识别故障并使故障旁路进而继续执行指定的功能；或在硬件和软件发生故障的情况下，系统仍具有继续运行的能力。包括三方面的功能：
①约束故障即限制过程或进程的动作以防止在错误被检测出来之前继续扩大；
②检测故障即对信息和进程的动作进行动态检测；
③故降恢复即更换或修正失效的部件。
三、结束语
随着设备的长期运行，仪表控制系统自身的故障风险将会逐渐增大，对事故隐患有效的预防，会给装置的安全运行带来有效的保障。利用现有资源，探索仪表控制方案的合理布局，也是控制风险的有效手段，通过对风险的分析，在设计时更加注重仪表控制系统的设计原则，从而能更好地为企业装置运行服务。
参考文献：
[1]李扬.化工企业中仪表自动控制系统应用研究[J].住宅与房地产，2017（29）：227.
[2]沈旭敏.石油化工仪表自动控制系统的应用探析[J].智能城市，2017，3（08）：157.
[3]胡靖宇.浅谈计算机在工业自动控制系统中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2017（06）：114-115.
[4]郭毅.化工企业中仪表自动控制系统应用[J].电子世界，2014（14）：82-83.
[关键词]仪表控制系统；风险；分析
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0294-01
一、仪表控制系统
仪表自动控制系统指能对生产装置、设备可能发生的危险、措施不当行为等致使继续恶化的状态进行及时响应和保护，使生产装置和设备进入一个安全停车状况，从而使风险降低到最低程度，使得人员、设备和生产装置的安全得以保障。
随着生产装置持续长周期、满负荷运行，对仪表自动控制系统的可靠性、安全性的要求越来越高，保证仪表自动控制系统连续、正常运行，显得尤为重要。我们的目的是充分利用现有资源进行技术革新，降低系统风险，从而提高仪表的安全可靠性，为此我们要对仪表自动控制系统运行中存在的风险问题进行分析。
二、仪表控制系统中的运行风险问题分析
随着化工设备的长周期运行，仪表控制系统会出现各种各样的问题，我们可以从事故的结果入手，分析故障原因，并采取相应的措施，使不利结果得以控制。
（一）对突发事件提前预案
例如，我公司加热炉DCS发生系统报警，控制站有一卡处于故障状态，由于该卡控制着非常重要的控制阀，严重危及加热炉装置的运行安全。技术人员及时对有关阀门进行限位处理，有效地控制了事态的发展，对故障部件进行在线修复，经过紧急处理后，系统恢复正常，避免了加热炉的事故停车。
对上述案例分析，及时采取必要的措施，对突发事件要有提前预案，是保障系统正常运行的关键。为此我们可从以下几方面着手：
第一，充分利用现有资源，深入研究系统故障以后的紧急处理方案，如对重点控制阀采取人工限位，确保工艺生产的可控制性操作。
第二，从现场采样的温度、压力、流量等参数看，其变化速率曲线比较缓慢，而DCS卡故障前，采样数据出现不规则变化，反映到变化率上应该是一条快速而陡峭的曲线，工艺参数迅速变化，控制阀大幅波动，均有可能出现设备故障。因此，可以利用DCS丰富的数据资源编制故障信号预警程序，提前预报有可能发生的非正常性信号变化所隐含的事故倾向。
第三，要做好现有DCS系统更新换代，确保自动控制工作与时俱进。
（二）在不改变硬件的条件下，优化控制方案。
在实际生产过程中，高振值信号经常出现，大量现场实例说明这种信号大多数可能是伪信号，为了增强仪表控制系统的抗干扰能力，我们借助DCS的有利优势，发挥仪表软件的容错技术，在全面、详细分析了各种可能存在的问题后，对抗干扰程序修改编程，以达到屏蔽掉外界伪信号干扰的目的。事实证明这种方法收到了很好的效果，同时还避免了增加或更换必要硬件的弊端。
上述处理措施虽然没有从根本上解决问题。但基本消除了伪信号对系统造成的危害，在编制程序时需保证原有联锁系统的安全性、可靠性。
（三）从设计上全面考虑，完善联锁控制方案
从安全角度考虑，从设计上，一般设计2个系统，一个安全联锁系统，一个DCS系统。安全联锁是独立于DCS外的装置，为了分散系统风险，提升系统的安全、可靠性而设立的。联锁从功能上讲可分为工艺联锁、安全联锁两大类，一般将安全联锁、部分工艺联锁等功能放在了一个安全联锁系统上，将部分显示控制功能放在了DCS 系统中，实现了紧急停车、控制显示的完全分离。
例如：某公司的合成汽包装置中，联锁系统设置了一套独立控制着全装置的SIS联锁系统，它与DCS系统互为补充。如合成汽包装置设计了2台远传液位计，一台检测元件信号送入DCS进行PID运算控制。而另一台检测元件的信号则送进SIS系统，联锁停车。如果只用一台检测元件，既作为DCS信号源，又是SIS的联锁信号源，一旦该元件发生故障，将同时失去DCS监控和SIS联锁保护功能，非常危险。
随着时间的推移，现场仪表故障率不断增加，联锁方案不断修改，有效地保证了生产的安全长周期运行。对有些设备技术人员无法对其进行有效的监控，只能采取预防的措施。
（四）仪表自动控制系统运行中的风险等级评定
风险等级评定不同的工业过程（如生产规模、原料和产品的种类、工艺和设备的复杂程度等）对安全的要求是不同的。一个具体的工艺过程是否需要配置SIS、配置何种等级的SIS其前提应该是对此具体的工艺过程进行安全度等级（SIL）的评定。在确定了某个具体工艺过程的安全度等级之后再配置与之相适应的SIS。如风险矩阵法，是将工艺过程或装置发生事故（风险）的频率和严重性两个指标进行组合最后分成三个安全度等级。
（五）遵循仪表控制系统设计原则，规避风险
在设计仪表控制系统时一般应遵循4个原则。
1、独立设置原则
独立设置原则是指整个仪表自动控制系统应独立于过程控制系统（如DCS）以降低控制功能和安全功能同时失效的概率。
2、中间环节最少原则
中间环节最少原则是指构成仪表控制整个系统的环节应该最少，以尽可能减少故障点。
3、故障安全原则
故障安全原则是指当内部或外部原因使仪表自动控制系统失效时被保护的对象（装置）应按预定的顺序安全停车，自动转入安全状态。
4、冗余或容错结构原则
（1） 冗余。具有指定的独立的N：1重元件，并且可以自动的检测故障切换到后备设备上。
（2） 容错。具有内部冗余的并行元件和集成逻辑，当硬件或软件部分故障时能够识别故障并使故障旁路进而继续执行指定的功能；或在硬件和软件发生故障的情况下，系统仍具有继续运行的能力。包括三方面的功能：
①约束故障即限制过程或进程的动作以防止在错误被检测出来之前继续扩大；
②检测故障即对信息和进程的动作进行动态检测；
③故降恢复即更换或修正失效的部件。
三、结束语
随着设备的长期运行，仪表控制系统自身的故障风险将会逐渐增大，对事故隐患有效的预防，会给装置的安全运行带来有效的保障。利用现有资源，探索仪表控制方案的合理布局，也是控制风险的有效手段，通过对风险的分析，在设计时更加注重仪表控制系统的设计原则，从而能更好地为企业装置运行服务。
参考文献：
[1]李扬.化工企业中仪表自动控制系统应用研究[J].住宅与房地产，2017（29）：227.
[2]沈旭敏.石油化工仪表自动控制系统的应用探析[J].智能城市，2017，3（08）：157.
[3]胡靖宇.浅谈计算机在工业自动控制系统中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2017（06）：114-115.
[4]郭毅.化工企业中仪表自动控制系统应用[J].电子世界，2014（14）：82-83.