1、2023 1期基于 的检测试验分析和系统改进设计项明，平志明，董乾钦，赵玉龙，章文（浙江中控技术股份有限公司，浙江 杭州 ）摘要：系统是工业生产中最重要的一道安全防护，如何验证系统可用性及排查潜在的故障显得尤为重要。在安全控制系统的整个生命周期中，需通过复杂的检测试验，包括出厂验收测试（），施工中的现场调试、试运行，现场验收测试（），核电厂的定期试验，投运后的点检运维等。针对上述试验进行调查分析，对 系统的软、硬件进行优化升级，从而支持正常作业的同时进行控制逻辑验证；开发试验工具软件，可通过导入试验用例自动开展部分检测试验，提高检测试验的作业效率，减少试验误操作，为企业安全生产提供保障。关键词
2、：安全控制；定期试验；逻辑验证中图分类号：，（，）：，（），（），：；收稿日期：作者简介：项明（），硕士，研究方向为工业控制系统安全软件设计开发。引言安全仪表系统（，）作为控制系统中的报警和联锁部分，对控制系统的检测结果实施报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的重要组成部分。在国家相关要求下，企业对安全生产的要求也越来越严格，系统的使用量也迅速攀升。由于 系统需长期部署在工程现场且要求长期作业，因此如何检测系统的可靠性，保证正常生产中不误动和问题发生时不拒动，系统全生命周期的检测试验都是必不可少的。目前，系统的配置越来越规范，但是在其安全生命周期内，许多在役 没有按要求实施测试维护，
3、部分 甚至没有测试维护计划。在现有的 系统中，部分检测试验仍依赖工程技术人员依据试验规程进行手动操作，效率较低且易产生误操作。此外，由于 系统的重要性，对于投运中的 系统，试验中的误操作可能带来整个工厂计划外停车，从而造成严重的经济损失，因此导致操作人员不敢在生产过程中操作 系统。针对上述问题，对浙江中控的 系统进行优化，增加在线逻辑试验功能，在双卡冗余的配置下可进入试验状态，正常作业的同时仍可进行逻辑功能测试；提供测试工具，可通过导入预先制定好的试验样例表开展通道进度试验、控制器逻辑试验、执行器响应试验，并自动生成试验报告。系统检测分析 系统简介按照 中的定义，系统是由传感器、逻辑控制器和执
4、行机构组成的能行使一项或多项安全仪表功能的仪表系统。是中控自主开发的高端 产品，采用三重化（）和硬件容错（）的关键安全技术，可在紧急停车系统（）、燃烧管理系统（）、火灾及气体检测系统（）、大型压缩机组控制系统（）电气设备电工技术中国电工网等场合广泛应用，具有与 一体化、双模块冗 余 结构、三重化表决架构、四阶梯降级模式、级表决机制等功能亮点。但实际工程实施中，系统往往不是单独使用，一般流程工业中通常与 、共同配合。其中，主要负责生产工艺部分，属于非安全级部件；主要负责安全级控制部分；主要负责对作业数据进行采集和监视控制。检测维护分析对目前 系统在安全生命周期中的主要检测进行总结和分析，包含 系
5、统在生产中对板卡进行检测；工程部门在出厂时对系统进行验收测试；系统在生产投运前需进行试运行和验收；在核电项目中还严格要求在运行期间定期开展通道精度试验（）、控制器逻辑试验（）、停堆断路器动作试验（）；此外，工厂或工程也需定期对 系统进行点检测试。总的来说，在上述的一系列试验中，针对 系统功能方面的主要检测内容为通道试验和逻辑试验。通道试验主要检测系统对输入输出信号的精度情况，是否存在通道故障及精度不符合要求的情况；逻辑试验主要验证控制方案的正确性及系统当前的可靠性。检测试验中的问题工程技术人员在对 系统进行检测试验时，主要存在以下的问题。一是试验文档很多，尤其是在大型项目中，试验文档和流程维护
6、不可忽视。工程人员根据打印出的试验规程手动操作，检测的效率和有效性只能通过人工保障。二是投运中的 系统由于其重要程度而难以开展检测工作，需要十分慎重，甚至于不愿意开展投运中的检测工作。三是精度试验、逻辑试验等过程需用到组态工具，存在对组态工程进行修改或影响 整体运行情况的风险。系统优化针对 系统在检测中遇到的各类困扰及检测试验的特点，从软件、硬件、试验规程三个方面对 系统进行优化。试验软件设计软件方面需提供试验工具，在提高作业效率的同时将检测试验规程规范化，将检测试验的过程可控化。软件界面如图所示。（）可导入组态工程，获取待试验的 工程信息和需试验的位号信息，并验证试验规程中位号的正确性。组态
7、文件内容对操作人员不可见，减少组态被篡改及生产工艺技术泄漏的风险。（）可导入试验规程文档，工程人员需根据指定的模板编辑试验规程文档，试验工具通过导入的规程文件，展现试验的全部步骤和各步骤的输入输出。图 1 试验工具软件界面（）可根据试验规程开展单步试验和自动试验。（）根据试验结果自动填写试验报告，并备注试验人员和试验时间。试验报告增加保护，操作人员无法更改试验内容和试验结果。（）试验过程中的所有操作信息均在软件中进行记录，以供后续对问题进行排查。此外，通过试验工具还能更方便地展现以往手动试验难以觉察的问题。由于 系统采用三重化设计，每个位号均通过三通道表决，若此时存在一通道故障，按照以往的测试
8、方式，只在组态软件上进行实时调试是无法检测到单一通道的运行情况，因此需通过其他工具辅助。而开发的试验工具将直接读取表决前的三通道数据，若发现数据不一致或通道数据无法获取的情况，则将直接中断试验并提示操作人员。通过该工具，试验人员可不必深入了解当前系统的设计和构成，只需按照软件提示、参照步骤操作，最终打印试验报告并签字。后续同样的试验也可重复开展，减少操作人员的培训标准和重复性作业。硬件平台优化设计 硬件平台方面需提供在线检测试验的能力，即在正常投运情况下让系统仍可进行检测试验，同时不影响正常的系统工作。系统采用双模块冗余结构设计，可通过功能块配置接入硬点开关按钮，选择其中一个控制器进入试验状态
9、，此时试验状态控制器将与正常工作的控制器解除冗余配置，且不对正常作业的卡件模块进行控制。操作人员可通过试验工具进行在线检测试验，验证 系统中的控制逻辑是否可靠。系统结构如图所示。逻辑试验中，试验工具需对试验模块进行强制写值，为了防止对正常工作模块造成影响进行了如下的优化。首先硬件平台新增了试验写值命令及试验状态标志，只有处于试验状态的模块才会响应试验命令。同时试验工具也将根据模块是否处于试验状态来判断是否可开始试验，非试验状态下不会发送试验命令，从而保障了在线试验的安全性，杜绝因为试验而对正常生产过程造成影响。试验完成后，通过硬点开关退出试验状态。试验模块将自动复位并从工作模块中获取当前作业状
10、态，恢复冗余配置。试验规程优化工程技术部门在制定试验规程时可将上述精度试验和电工技术电气设备2023 1期图 2 TCS-900 系统结构图TCS-900测试工具软件工程师站1.组态软件2.系统诊断软件3.SOE 软件Scnet IV/Modbus-TCP(正常作业)网络通信模块(正常作业)安全控制器(测试)安全控制器SafeECI-BUS安全输出模块现场设备ABC逻辑试验单独进行，严格按照试验用例模板制定检测内容。在制定组态工程时要充分考虑组态的可验证性，对需测试的输入输出信号增加旁路开关，为在线精度试验和逻辑试验提供基础条件。系统应用根据提出的 系统检测试验分析和对 系统进行优化设计，使测
11、试检验摆脱现有的依赖人工操作的状态，向 系统的自动化检测又前进了一小步。本文设计的试验工具和硬件平台也将在工程出厂验收测试（）、核电定期试验和点检运维中推广，提供了一种安全、高效的试验平台。结语本文系统地分析了 系统安全生命周期中所需进行的主要试验，根据当前 系统的检测试验方面的不足进行设计开发。从试验工具软件、试验硬件平台两个方面进行优化设计，为试验规程制定提供了部分思路，降低了检测试验中的风险，提高了试验效率和规范化，促进了工业现场的安全生产。参考文献 李胜利，吴强，仇广金安全仪表系统测试维护的设计探讨 石油化工自动化，（）：刘齐忠，林融石油化工安全仪表系统的设计及实施探讨 石油化工自动化
12、，（）：张 艾 森 解 读 石 油 化 工 自 动 化，（）：陈涛，杨振国，王泽欢中控 安全仪表系统在一氯甲烷罐区 的 应 用 仪器仪表标准化与计 量，（）：，张亮亮，张瑜，周粲，等核电厂安全级 试验方案研究核动力工程，（）：张谊，刘官荣，黄鹏，等核电厂安全级 平台信息安全脆弱性分析仪器仪表用户，（）：，（上接第 页）示。送电后该组穿墙套管运行正常，无异常放电。图 5 重新制作的 C 相末屏引线 结语这起案例是一起因电容式穿墙套管末屏接地引线断线造成末屏放电的案例。所幸该末屏放电被及时发现，放电时间不长。如果没有及时发现、及时处理，持续的末屏放电就会造成末屏烧毁，故障进一步发展后会造成设备损坏
13、。为避免类似问题，今后需改进和注意以下事项。（）油纸电容式穿墙套管的末屏在进行停电例行试验时应重点检查，对末屏的接地情况应特别关注。（）在高压试验完毕后，必须及时恢复末屏接地装置，应对末屏接地的恢复情况进行检查，确保末屏接地良好。试验中如有异常要及时进行处理。（）对试验数据的分析要严谨，除了要比对试验标准，还应进行横向及纵向分析，与其他相数据应无明显差异，与历史数据相比应无明显变化。一旦发现数据稍有变化就要注意监视。参考文献 李克 穿墙套管末屏烧损的原因分析及故障处理电力设备，（）：孔丽 穿墙套管放电原因分析及消除措施 山西电力，（）：周榆晓，刘璐，刘旸，等 穿墙套管故障分析及解决措施东北电力技术，（）：程勇，刘珍，徐涵璐，等电容型穿墙套管介质损耗因数负值问题研究 机电信息，（）：输变电设备状态检修试验规程电气设备电工技术
