主 持 人：李寶華，中石化儀征化纖股份有限公司儀表工程師。

參與嘉賓：

邴  勇，Masoneilan閥門定位器產(chǎn)品經(jīng)理。
李朝陽，美卓自動(dòng)化（上海）有限公司的產(chǎn)品經(jīng)理。
盧  楊，艾默生過程管理費(fèi)希爾閥門部?jī)x表應(yīng)用工程師。

    PST功能對(duì)于ESD閥門的意義

    李朝陽：在安全儀表系統(tǒng)（SIS）中，化工與石化行業(yè)通常將開關(guān)閥用作執(zhí)行安全功能的終端設(shè)備。尤其是IEC 61508和IEC61511以及ISA S84.01的推出，眾多公司紛紛重新深入審視《安全與損失預(yù)防準(zhǔn)則》。以便將安全回路中所有元件和設(shè)備的安全性和可靠性提升到一個(gè)新的高度。

    介紹幾個(gè)基本的概念，所謂ESD（Emergency shunt down）和ESV（Emergency vent valve）閥門即是緊急切斷閥和緊急排放閥。具有以下特點(diǎn)：防止工藝的重大事故；只有在緊急情況下動(dòng)作；在極端苛刻工況下閥門的動(dòng)作；要求測(cè)試來保證設(shè)備的正常運(yùn)行；是安全儀表系統(tǒng)SIS中*重要的部分；也是安全儀表系統(tǒng)SIS*不可靠的部分。

    為什么要對(duì)ESD和ESV閥門進(jìn)行功能測(cè)試？因?yàn)橹挥袦y(cè)試才能證明閥門的真實(shí)運(yùn)行狀況，只有測(cè)試才能達(dá)到相應(yīng)的SIL（Safety Integrity Level）安全完等級(jí)，只有測(cè)試是系統(tǒng)對(duì)真實(shí)狀況的反應(yīng)。而測(cè)試又分為兩種，一種是離線測(cè)試，一種是在線測(cè)試。離線測(cè)試是*基本的要求，但是工廠必須停車。手動(dòng)和自動(dòng)在線測(cè)試是對(duì)離線測(cè)試的一種補(bǔ)充手段。手動(dòng)的在線測(cè)試需要非常高的投資成本和人力成本，而且手動(dòng)在線測(cè)試過程中有人為因素影響和安全連鎖回路暫時(shí)失效的風(fēng)險(xiǎn)。所以目前自動(dòng)的在線測(cè)試越來越受到用戶的青睞。

    PST部分行程測(cè)試是自動(dòng)在線測(cè)試的一種，閥門在不影響工廠正常運(yùn)行的條件下局部行程動(dòng)作（例如從100%全開狀態(tài)關(guān)到80%，然后回到100%全開），以此來證明閥門的完好性。具體見下圖：

    邴勇：對(duì)ESD閥門來說，安全是*重要的。流程工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)儀表安全等級(jí)一般都要符合SIL2或SIL3，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到安全系統(tǒng)等級(jí)的要求�，F(xiàn)在ESD閥門的安全等級(jí)基本上都達(dá)到SIL3，也有少數(shù)廠家達(dá)到SIL4。在生產(chǎn)過程中，ESD閥門需要定期檢修，傳統(tǒng)的方式是采用現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試盤柜（約 1.5萬美元），采用人工的方法進(jìn)行檢測(cè)。這種方式的測(cè)試成本高，間隔時(shí)間也比較長(zhǎng)，且效果并不理想，因?yàn)楹筒僮魅藛T的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。現(xiàn)在，多數(shù)廠家推出具有 PST功能的ESD定位器，使ESD閥門的安全性能得到提高和保障。通過PST功能測(cè)試，*重要的是提高了ESD閥門的安全等級(jí)。比如一個(gè)SIL2的 ESD閥門，一年平均作4次PST測(cè)試，如果全部合格，那么實(shí)際上這個(gè)ESD閥門達(dá)到了SIL3等級(jí)；從另一個(gè)方面說，PST測(cè)試使ESD閥門的工作時(shí)間在滿足要求的情況下延長(zhǎng)很多。還有，PST測(cè)試基本上對(duì)過程工藝沒有影響，在這種情況下，卻可以得到ESD閥門包括ESD定位器的詳細(xì)的診斷信息，如果有問題，就會(huì)在早期診斷出來，從而讓用戶采取有效的維護(hù)措施。另外，PST功能與常規(guī)檢測(cè)相比，可以節(jié)省成本，包括節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)試所用的盤柜，節(jié)省拆裝閥門的成本，節(jié)省了一些維修保養(yǎng)的成本等。

    PST的應(yīng)用現(xiàn)狀

    邴勇：PST技術(shù)是隨著閥門檢測(cè)技術(shù)發(fā)展起來的。因?yàn)殚y門檢測(cè)技術(shù)的需求，智能閥門定位器廠家把PST加入到智能診斷功能中，作為智能定位器的一項(xiàng)擴(kuò)展功能，提供對(duì)安全閥門的一般故障診斷。PST功能作為ESD定位器的一個(gè)重要功能為越來越多的工程設(shè)計(jì)人員和用戶所熟悉。目前，從各個(gè)ESD定位器生產(chǎn)廠家來看，名義功能基本一致，但是，從工程實(shí)踐上來看，每家產(chǎn)品還不盡相同。ESD定位器有些帶內(nèi)部壓力傳感器，而有些則沒有。沒有壓力傳感器，則對(duì)某些PST功能僅能做定性分析，帶有壓力傳感器，則可以做定量分析，比如彈簧上下限的彈力，摩擦力數(shù)值分析等。

    李朝陽：PST技術(shù)目前在石化行業(yè)特別是在歐美國(guó)家已經(jīng)得到大范圍的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)的部分合資企業(yè)（中海殼牌石油化工有限公司）以及大型國(guó)有石油化工企業(yè)（鎮(zhèn)海煉化和獨(dú)山子乙烯等）也得到了廣泛的應(yīng)用。

    盧楊：為了確保在緊急狀態(tài)下閥門的可用性，SIS閥門必須進(jìn)行有規(guī)律的測(cè)試，目前采用的方法有氣動(dòng)面板、電磁脈沖、旁路閥和部分行程測(cè)試（PST）。

    氣動(dòng)面板價(jià)格貴，每個(gè)高達(dá)1~1.5萬美元 （不包括勞動(dòng)力成本），且測(cè)試過程復(fù)雜，屬于勞動(dòng)密集型。

    電磁脈沖法不檢驗(yàn)閥門實(shí)際運(yùn)動(dòng)，只測(cè)試電磁閥本身線圈是否容易燒毀。由于動(dòng)作頻繁，增加過程干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

    使用旁路閥測(cè)試成本高，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。測(cè)試不能頻繁進(jìn)行，需要額外的管道及連接件。

    的方法就是采用部分行程測(cè)試（PST）利用PST技術(shù)可以增加或取得期望的SIL等級(jí)檢驗(yàn)。

    由于PST測(cè)試操作自動(dòng)化，可以人工設(shè)置測(cè)試的時(shí)間，行程大小等，減少了工人犯錯(cuò)的機(jī)會(huì)，風(fēng)險(xiǎn)較低。而且由于整個(gè)過程不需要額外的管道，電纜，旁路閥，大大減少的資金投入。由于PST的優(yōu)越性，現(xiàn)在已經(jīng)有越來越多的大型項(xiàng)目利用PST功能來進(jìn)行SIS系統(tǒng)的測(cè)試。

    具有PST功能的產(chǎn)品

    邴勇：Masoneilan新推出了SVI II ESD定位器，包含了ESD功能和PST功能，安全等級(jí)達(dá)到了SIL3。SVI II ESD定位器采用模塊化的設(shè)計(jì)，RISC結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成多種傳感器，其中包含4個(gè)壓力傳感器。通過PST功能測(cè)試，可以檢測(cè)閥門摩擦力并計(jì)算具體數(shù)值，可以計(jì)算膜頭壓力、壓力差、彈簧范圍和響應(yīng)時(shí)間。通過軟件，可以看到閥門PST測(cè)試的閥位-壓力變化的趨勢(shì)圖。這些數(shù)據(jù)，通過Hart通信傳到SIS系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步的分析和診斷。SVI II ESD可以給用戶提供70多組閥門診斷信息給用戶進(jìn)行分析。SVI II ESD具有1個(gè)模擬信號(hào)輸入（4-20mA），1個(gè)模擬信號(hào)輸出（4-20mA，用于閥位變送），ESD輸入（0-24Vdc），2個(gè)DO（1A， 24Vdc），1個(gè)DI（開關(guān)信號(hào)輸入），1個(gè)PV（1-5Vdc），并且?guī)CD顯示屏和現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕（按鈕可以設(shè)定操作員等級(jí)權(quán)限）。PST功能可以同過以下四種方式啟動(dòng)：模擬信號(hào)電流，就地操作按鍵，內(nèi)置的控制器，Hart通信。其中模擬4-20mA信號(hào)的方式僅需要一對(duì)信號(hào)線就可以通過設(shè)定電流啟動(dòng)安全功能。另外，SVI II ESD還具有TBT自主測(cè)試功能，EXT全行程診斷功能。

    SVI II ESD的軟件為ValVue2 ESD，可以方便的集成到SIS中。針對(duì)不同的SIS廠商，我們有專用的插入軟件，比如用于橫河的PRM PLUG-IN ESD。

    李朝陽：美卓自動(dòng)化流體控制部擁有兩個(gè)著名閥門品牌：Neles和Jamesbury。具有五十余年專業(yè)閥門生產(chǎn)制造經(jīng)驗(yàn)。美卓自動(dòng)化于1999年推出了創(chuàng)新的Neles Valvguard，Neles Valvguard是高度集成的智能安全系統(tǒng)。具有閥門自動(dòng)PST和實(shí)時(shí)在線診斷功能，所有的測(cè)試結(jié)果儲(chǔ)存在現(xiàn)場(chǎng)存貯器中。Neles Valvguard是專門應(yīng)用于緊急切斷閥和緊急排放閥的智能產(chǎn)品， 它替代了傳統(tǒng)的電磁閥控制方案。Neles Valvguard實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)PST緊急切斷閥和緊急排放閥，PST在不影響工藝流程控制的情況下，閥門小行程動(dòng)作以測(cè)試閥門性能，同時(shí)把現(xiàn)場(chǎng)閥門狀態(tài)（OK，警告和報(bào)警）及時(shí)反饋到控制室。優(yōu)化了工廠生產(chǎn)，使預(yù)測(cè)性維修成為可能，減少了那些定期高成本的手動(dòng)測(cè)試。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，在不影響工廠安全的前提下，大大降低了工廠的維修和運(yùn)營(yíng)成本。

    Neles ValvGuard電源輸入為24Vdc，兩線制�？梢院褪袌�(chǎng)上所有知名的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)相匹配。 也可以和快速排氣閥，氣控閥，增速器等配合運(yùn)用。

    Neles Valvguard具有使用方便、在線實(shí)時(shí)診斷、在線行程測(cè)試等特點(diǎn)，同時(shí)擁有TUV 證書（SIL3級(jí)）和CE Mark認(rèn)證。Valvguard可用于緊急切斷閥，緊急排放閥和其他重要場(chǎng)合的開關(guān)閥。

    盧楊：艾默生過程控制公司可以提供完整的SIS解決方案，其中DVC6000數(shù)字閥門控制器可以用于PST測(cè)試中。DVC產(chǎn)品可以提高系統(tǒng)的可利用程度，由于利用DVC進(jìn)行PST測(cè)試簡(jiǎn)單而可靠，任何時(shí)間都可進(jìn)行，這就提高了系統(tǒng)在需要時(shí)即可使用的可能性。利用Valvelink軟件可以實(shí)時(shí)檢測(cè)閥門運(yùn)行狀況，并且可以進(jìn)行“閥門性能退化分析”，這對(duì)于ESD閥門來說很重要，同時(shí)也可減少有計(jì)劃的維護(hù)量。當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，如果任何原因閥門粘住了， DVC不會(huì)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣壓全部釋放，這為了保證測(cè)試時(shí)閥門不會(huì)突然關(guān)上，干擾工藝過程。一旦閥門有粘住的現(xiàn)象，DVC會(huì)通過HART通訊器或者AMS軟件發(fā)出閥門粘住的報(bào)警信號(hào)，并且Valvelink軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)記錄跟蹤。

    DVC的功能包括PST測(cè)試，技術(shù)員可以通過遠(yuǎn)離閥門的按鈕使閥門運(yùn)動(dòng)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定值。設(shè)定值可以*多到全行程的30％。利用DVC進(jìn)行階躍響應(yīng)測(cè)試和閥門特性測(cè)試，可以用來測(cè)試閥門在系統(tǒng)中的運(yùn)行情況以及閥門本身的健康狀況。

    利用Valvelink軟件可以自動(dòng)進(jìn)行診斷測(cè)試而無需人工干預(yù)。在軟件中可以設(shè)置進(jìn)行PST測(cè)試的周期，軟件會(huì)自動(dòng)定時(shí)進(jìn)行PST測(cè)試，并會(huì)把測(cè)試結(jié)果保存下來；如果測(cè)試失敗，閥門粘住了，Valvelink軟件會(huì)自動(dòng)停止測(cè)試并且給系統(tǒng)發(fā)出閥門粘住的警告。

    PST的發(fā)展趨勢(shì)

    盧楊：安全問題變得日益重要，許多發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了相應(yīng)的儀表安全標(biāo)準(zhǔn)，一些大型跨國(guó)企業(yè)甚至制定了自己企業(yè)的儀表安全規(guī)范，利用智能定位器對(duì) ESD閥門進(jìn)行部分行程測(cè)試由于其簡(jiǎn)便易行，省時(shí)省力的特點(diǎn)，正在越來越受到重視，并且已經(jīng)有很多成功應(yīng)用的事例。在國(guó)內(nèi)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，安全生產(chǎn)正越來越受到重視，我們相信PST技術(shù)會(huì)被越來越多的國(guó)內(nèi)廠家采用。

    李朝陽：美卓自動(dòng)化公司認(rèn)為將來PST技術(shù)的發(fā)展主要集中在以下幾個(gè)方面：

    1.控制器模擬緊急連鎖自動(dòng)測(cè)試�？刂破骶哂腥谐�，全速的閥門自動(dòng)測(cè)試功能，來模擬連鎖激發(fā)時(shí)閥門的動(dòng)作狀況。

    2.控制器具有更大的通氣量。現(xiàn)在工廠的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，這樣就需要更大尺寸的閥門和更快的動(dòng)作時(shí)間。所以PST技術(shù)就需要更大的通氣量以滿足客戶的需求。

    3.控制器具有實(shí)時(shí)時(shí)間顯示功能。目前的控制器只能顯示閥門的總計(jì)運(yùn)行時(shí)間（如48小時(shí)就代表閥門運(yùn)行了2天時(shí)間）。如果具有實(shí)時(shí)時(shí)間顯示功能便于追蹤閥門的故障和報(bào)警。

    將來越來越多的工廠會(huì)選擇智能的ESD緊急切斷閥門，而智能ESD緊急切斷閥門都會(huì)應(yīng)用PST自動(dòng)局部行程測(cè)試技術(shù)，因?yàn)镻ST自動(dòng)局部行程測(cè)試技術(shù)會(huì)提供閥門的在線診斷信息和停車檢修的計(jì)劃，使預(yù)測(cè)性維護(hù)成為可能，當(dāng)然未來現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展和普及也會(huì)給PST技術(shù)帶來更多的機(jī)遇。

    邴勇：PST技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)該是更加智能化，同時(shí)成本會(huì)越來越低，應(yīng)用也越來越廣。PST技術(shù)現(xiàn)階段主要用于ESD閥門，但是這并不是說只能用于 ESD閥門。對(duì)某些沒有條件作全部行程測(cè)試的閥門或作全行程測(cè)試成本昂貴的閥門，都可以用PST技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。隨著這種需求的發(fā)展，越來越多的具有針對(duì)性的信息需要被檢測(cè)出來，所以PST技術(shù)的智能化程度越來越高也是必然趨勢(shì)。隨著軟硬件的發(fā)展，越來越多的檢測(cè)功能也會(huì)被加入到診斷要求中，PST技術(shù)檢測(cè)的內(nèi)容也會(huì)越來越豐富。PST技術(shù)會(huì)隨著閥門技術(shù)和安全規(guī)范的發(fā)展而不斷發(fā)展。

    現(xiàn)在國(guó)內(nèi)ESD閥門上應(yīng)用ESD閥門定位器的還比較少，但是隨著技術(shù)和工程應(yīng)用的推廣，用戶認(rèn)識(shí)到使用ESD閥門定位器會(huì)提高安全系統(tǒng)的等級(jí)，并且*終能夠帶來效益，那么用戶會(huì)接受并使用這種產(chǎn)品，*終會(huì)使PST技術(shù)得到更大范圍的應(yīng)用。

    從更廣的應(yīng)用范圍來講，如果加入PST功能的成本比較便宜，那么一般的智能閥門定位器也會(huì)集成這種功能，從而使普通的閥門也可以應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。對(duì)流程工業(yè)來說，由于不希望停車作閥門的性能診斷測(cè)試，也不希望過程有很大的擾動(dòng)，所以PST測(cè)試也是診斷閥門的重要手段。

    PST的由來

    李寶華：功能安全技術(shù)是當(dāng)前熱點(diǎn)。在用于安全目的的安全相關(guān)系統(tǒng)中，執(zhí)行安全功能的安全儀表系統(tǒng)SIS（Safety Instrumented System）非常重要。如何執(zhí)行IEC 61508《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》及IEC 61511《過程工業(yè)部門儀表安全系統(tǒng)的功能安全》標(biāo)準(zhǔn)，確�；诎踩珒x表系統(tǒng)的功能安全是流程工業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。流程工業(yè)中的大型裝置和大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備很早就設(shè)計(jì)有安全信號(hào)聯(lián)鎖、安全停車系統(tǒng)和繼電器/電子插卡的緊急停車系統(tǒng)，并隨科技進(jìn)步而不斷改進(jìn)、隨新理念新標(biāo)準(zhǔn)而不斷發(fā)展，從繼電器、PLC、安全模塊過渡到數(shù)字化智能化的新型安全儀表系統(tǒng)SIS。

    在安全儀表系統(tǒng)SIS內(nèi)的緊急停車系統(tǒng)ESD（Emergency Shutdown Device）在90年代后得到長(zhǎng)足發(fā)展，它本著安全獨(dú)立的原則要求，ESD功能從DCS（過程控制系統(tǒng)）中獨(dú)立出來，且安全級(jí)別高于DCS，以其實(shí)時(shí)、直接、快速反應(yīng)、高可靠性和靈活性得到*終用戶好評(píng)。緊急停車系統(tǒng)ESD的硬件冗余、故障診斷、回路安全和降低過程風(fēng)險(xiǎn)都有全面的解決方案，對(duì)于回路的終端控制元件——ESD控制閥，也設(shè)計(jì)有PST（Partial stroke testing）部分行程測(cè)試功能。早期PST功能由安全系統(tǒng)的上位機(jī)執(zhí)行，隨著閥門定位器數(shù)字化智能化和控制閥預(yù)測(cè)性診斷技術(shù)逐漸完善，PST功能集成到終端控制元件。帶有PST功能和自診斷的ESD控制閥就成為SIS/ESD系統(tǒng)中落實(shí)功能安全的重要組成。

    百花齊放

    李寶華：在ESD控制閥沒有數(shù)字化應(yīng)用、不是現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備時(shí)，PST是由SIS/ESD系統(tǒng)上位執(zhí)行。當(dāng)時(shí)的ESD控制閥基本上是切斷閥加電磁閥和閥位開關(guān)的組合，雖然可以由系統(tǒng)進(jìn)行部分行程測(cè)試，但僅是電磁閥動(dòng)作和閥位開關(guān)回饋信號(hào)，可以監(jiān)測(cè)到閥門動(dòng)作，并沒有更多的信息供系統(tǒng)分析。

    隨著數(shù)字式閥門定位器的推出和控制閥診斷技術(shù)的發(fā)展，用于SIS/ESD系統(tǒng)中的終端控制元件，不論是開關(guān)動(dòng)作的切斷控制閥，還是調(diào)節(jié)流體量的控制閥，數(shù)字解決方案是業(yè)內(nèi)共識(shí)，PST功能由上位執(zhí)行轉(zhuǎn)移集成到數(shù)字化的終端控制元件進(jìn)行，監(jiān)測(cè)診斷信息通信到ESD系統(tǒng)，并支持開放的 FDT/DTM、EDDL。

    FISHER、NELES、SAMSON、Foxboro_Eckardt、Masoneilan等控制閥制造廠家先后推出了具有PST功能的數(shù)字式ESD閥門控制器/定位器，其PST功能在線測(cè)試中同時(shí)測(cè)量閥門位置（行程）、給定信號(hào)、設(shè)定點(diǎn)偏差、輸出控制信號(hào)、時(shí)間值等，分析參數(shù)有相對(duì)于幅值變化的超調(diào)、死區(qū)、T63、T98、上升時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間等。除此之外，系統(tǒng)還可獲取控制閥常規(guī)信息和自診斷信息。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司