输油管道数据采集与监视控制(SCADA)系统输油泵启停失败的故障分析

徐国平

〔中国石化销售有限公司华北分公司 天津 300384〕

我国油品在输油管道运输中，长输管道的生产运营广泛采用先进的数据采集与监视控制(SCADA)系统来实现，它对管道全线进行监视、控制和管理，为输油生产安全、平稳、高效运行，发挥着至关重要的作用。

由于SCADA系统组成复杂，仪表自控设备种类多、数量庞大。不论自控设备故障还是机械设备故障都会影响输油的生产运行。从多年从事自控系统维护维修的工作来看，单个自控设备仪表故障可以迅速判断故障点，而输油泵启动、停止失败因涉及到逻辑控制而较为复杂。输油泵是长输油品管道的核心设备，稳定运行是安全输油生产的前提。而输油泵启动、停止失败是较难查找的故障，需仔细分析判断故障点。影响输油泵启停的因素很多，主要有电气控制、泵机组本身、自控联锁、自控逻辑控制几部分。

本文以笔者所在公司管道SCADA系统为样本，对输油泵启动、停止失败故障进行分析，侧重于自控系统部分启停泵故障的检查分析，而不包含泵机组本身故障和电气系统故障。此分析方法和步骤不仅适用于其它油品管道SCADA系统泵启停故障分析，也适用于其它数字输出/输入(DO/DI)回路的故障分析。

1 输油泵启动控制逻辑

启泵前首先要满足启泵条件：泵入口阀门处于全开，出口阀门处于全关远控自动状态，泵入口压力值达到最低启泵要求，泵机组处于远控状态无故障无保护报警，SCADA系统无联锁报警。

泵启动逻辑图见图1。

图1 泵启动逻辑图

调度员点击启泵按钮后，SCADA系统自动开启泵出口阀门，阀门开启到10 %开度时暂停，系统发启泵信号，输油泵运转后延时5 s，泵运转平

稳后继续开启泵出口阀门至全开，当泵按照启动逻辑完成启泵过程后，泵启动成功信号复位。

实际启泵操作步骤：在启动输油泵之前，要先做好输油准备，导通输油工艺流程上的相关阀门等设备，打开输油泵进口阀门，将油品引入到泵入口，然后开始点击SCADA系统“启泵”按钮开始自动启泵过程。

2 输油泵启动故障分析

启泵故障：不具备启泵条件；自控通讯部分故障；出口阀门故障；PLC机柜部分故障；泵启动电气系统故障。

2.1 不具备启泵条件

不具备启泵条件时，启泵按钮是灰色的，不可启泵操作，在泵操作控制窗口显示“不满足启泵条件(闪动、红色)”。此时应检查泵、电机的联锁保护是否报警 ，泵入口汇管压力值是否低于报警值等工艺条件。注意下列三项内容：①检查联锁条件投切表(表1)，哪个条件不满足字体会变黄色，当前值报警。②在泵操作控制窗口检查出口阀的状态应是“自动”、“远控”状态。③经过处理后，可执行泵异常复位操作。此时应该具备启泵条件。

表1 泵联锁投切(启动条件)

续表1

2.2 调控中心点击启泵按钮后泵启动失败

⑴现象一：输油站场泵出口阀门没有动作，泵没有启动。原因有二：一是站控PLC系统未收到中心的启泵命令；二是出口阀门故障。

检查方法：查看SCADA系统事件记录，如有操作失败记录，说明启动命令因中心与站场通讯原因未送到PLC上。此时如系统画面提示“通讯正常”，可再次点击启泵按钮，发送启泵命令。如果点击几次启泵命令，出口阀门还是没有动作，则需要单独检查出口阀远控操作是否正常。如系统画面提示“通讯中断”，则检查维修调控中心与站场的通讯线路和通信设备。

⑵现象二：出口阀开度在10 %以下卡住。出口阀故障会造成控制逻辑不能执行，触发启泵异常保护，而停止执行启泵逻辑。

检查方法：出口阀的开度在10 %以下，是阀门卡住了。将出口阀“自动手动”切到手动状态，开关阀门。重点检查出口阀远控操作是否正常、阀门开启关闭是否顺利、正常。

⑶现象三：出口阀开度停在10 %以上。泵电机不启动。故障在泵启动控制回路，分电气和自控两部分。重点检查泵的启动回路PLC机柜端子排启动端子信号是否正常。

检查方法：①根据图纸或PLC机柜端子接线上的标示，找到启泵命令回路，测量PLC机柜启泵回路端子上是否有高压柜操作电源电压(本例中为220V交流)，例如图2中泵启动回路端子排TB19上137-138号端子。如没有220V电压则故障在高压电气端或者是高压柜与PLC机柜间的连线断路。如有220V电压，一般故障在PLC机柜内部。需检查PLC机柜端是否发出了启泵信号。②进行单泵启动试验。将出口阀“手动/自动”状态设置到“手动”状态。泵的电气高压开关柜设置到“试验”位置(只检查电气控制部分，输油泵不启动)。然后进行启泵操作，正常是发出启泵命令后，PLC机柜内泵启动回路继电器上指示灯亮3 s左右，SCADA画面上泵应是运行状态。

拆除泵启动命令端子的进线，在端子上并接上万用表测量是否有启泵信号，检查在发出启泵命令时，启泵回路继电器上指示灯亮3 s左右，同时两端子是否会短路。如果有短路，表明PLC发出了启泵命令，检查PLC机柜端子排以后的线路和高压电气控制部分。

如果两端子没有短路，说明启泵信号没有到达PLC机柜端子。此时检查PLC机柜内部启泵回路的继电器是否动作、接触是否正常。如继电器有动作，则替换继电器继续检查。如果继电器没有动作，检查继电器24V电源是否正常，检查DO卡件启泵回路输出是否闭合。

图2输油泵启停控制电路原理图

图3 输油泵、阀门状态反馈电路

⑷现象四：现场泵运行1min左右后，又停止运行，SCADA画面泵一直是停止状态。原因是：此时停泵是由于泵的运行状态电气信号没有反馈到自控系统，自控系统等待100 s后会判断为泵没有启动成功，触发泵启动异常保护停泵。

检查方法：找到泵运行状态检测回路端子(TB9-161、162)。在端子上短路，看画面泵状态是否为运行，泵为运行状态为电气部分故障，泵为停止状态则为自控部分故障。自控部分故障，则依次短路检查回路上保险、防雷栅模块、DI模块输出端。

⑸现象五：出口阀和泵单独测试正常，如果这时正常启泵还失败，一般原因是管路压力较高引起出口阀卡阻，造成启泵失败。

2.3 常见启泵失败的原因

常见启泵失败的主要原因是：

①不具备启泵条件；②出口阀开关时好时坏，管路带压时开关出口阀门卡阻；③高压电气部分故障，不能启动泵；④PLC机柜内泵状态反馈回路故障(保险管、防雷栅、DI模块、接线)；⑤PLC机柜内泵启动回路故障(继电器、DO卡件、24V电源、内部接线)；⑥出口阀没有设置成自动状态；⑦外界干扰(对讲机)。

3 输油泵停泵故障的检查和分析

3.1 停泵逻辑

分析完启泵故障后，再来看停泵故障，图4是停泵逻辑。

图4 停泵逻辑图

3.2 停泵失败分析

停泵失败的原因和启泵一样有自控通讯部分、出口阀故障、PLC机柜部分故障、电气系统故障。现象有两种。

①现象一：点击停泵按钮后泵出口阀门无动作。出口阀故障会造成控制逻辑不能执行。

②现象二：出口阀开度停在10 %左右。泵电机不停机，故障原因分电气和自控部分。重点检查泵的停泵命令回路PLC机柜端子排启动端子信号是否正常。

停泵检查方法参照启泵现象一、二、三检查方法去检查出口阀门和停泵回路。在此不在叙述。

3.3 不能停泵常见原因

(1)出口阀开关，时好时坏，带压力开关阀时卡阻。

(2)高压电气部分故障，不能启动泵。

(3)PLC机柜内停泵回路卡件故障(继电器、DO卡件、24V电源)。

4 检修中的注意要点

(1)在实际启泵故障检查时，向当班调度员、操作员详细了解输油泵启动、停止过程。根据操作过程、报警信息、事件日志等，确定是在哪个逻辑步骤失败的。逻辑上不同的失败点，重点检查位置不一样。根据上述分析，直接确定关键维修点，尽快修复。

(2)在检查泵的启停信号过程中特别注意，泵的启动、停止、急停控制回路上有220V交流电，PLC机柜端子上有220V电压，一定要注意操作安全。

5 结束语

本文对输油泵的启停自控部分电路、逻辑控制原因造成的泵启停失败做了分析，据本文方法能快速确定自控系统部分的故障点，避免自控系统故障影响输油生产，做好自控系统的维护。

(1)做好SCADA系统的日常维护。每日例行巡查SCADA系统运行状态，检查服务器、工作站、通讯设备、PLC卡件等设备运行状态是否正常。

(2)做好周期维护。定期做好数据服务器、工作站、PLC、RTU程序备份，做好各设备功能检查、冗余检查。

(3)每年应对SCADA系统设备进行一次全面检查，要结合仪表春检，仪表检定(校准)与SCADA系统一起配合检查。在全面检查过程中重点测试联锁回路、泵操作回路。对于重点环节，关键位置的设备每次年度维护时要必做检查，及早发现隐患、及时解决问题，切实保障输油生产安全、平稳、高效运行。