主风机组控制系统的升级改造.pdf

创新与实践 石 油 化 工 自 动 化 。2 0 0 3 ，2 8 5 AU TOM AT1 0N I N PETRO- CHEM I CAI I NDUSTRY 主风机组控制 系统 的升级 改造 赵 庆 林 洛阳石化总厂三隆公司 仪表车间 ， 河南 洛 阳4 7 1 0 1 2 摘 要 一催化主风机组控制 系统原来由单元仪表组成 。 经过 1 0余年的运行后 ， 该厂将其改造为 P L C控制系统 。较全面地 介绍了该控 制系统 的改造方案 ， 并描述了新系统 的配置 ， 实施过程和关键控制 的实现策略。 关 键 词 主风机 ； 控制系统 ； 可编程调节器 ； 改造 ； 策略 中 图分 类号 T P 2 7 3 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 3 0 2 0 0 8 5 0 4 Up gr a di n g of Co nt r o l Sy s t e m o f t h e M a i n Ai r Co mpr e s s o r ZHAo Qi n g l i n Sa n l on g Co ． I n s t r u me nt s ho p，Lu oy a ng Pe t r o c he mi c a l Co．， Luo y a n g，47 1 01 2， Ch i na Ab s t r a c t A c o n t r ol s y s t e m f o r t he ma i n a i r c o mpr e s s o r wa s c o ns i s t e d o f un i t e d i ns t r ume n t s ．Af t e r r un n i ng mo r e t ha n t e n y e a r s ，i t ha s be e n u p gr a d e d t o a ne w c o nt r o l s y s t e m ，t he ke r n e l o f wh i c h i s t he PLC． Th e s c he me o f u pg r a d i n g s y s t e m i s i nt r o du c e d a nd s y s t e m c o n f i g ur a t i o n，t he e xe c u t i v e p r o c e s s a nd ma i n c on t r ol s ol u t i o ns a r e d e s c r i b e d ． Ke y wo r d s m a i n a i r c o m p r e s s o r ；c on t r o l s y s t e m ；PLC；u pg r a d i ng；s ol u t i o n 1 问题 的提 出 洛阳石化 总厂一催化 3 主风机组是从美 国 D r e s s Ra n d公 司引进 的烟 机一 轴 流风 机一 电机 ／ 发 电 机 三 机 组 系 统 ， 其 控 制 系 统 DI T RO NI C S Ⅲ 由 P L C及单 元仪 表 组 成 ， 经 过 1 0余 年 的运 行 ， 电子 元器件已经老化 ， 仪表精度及可靠性大大降低， 另 一 台 D 8 0 0主风机组 的控制 系统亦 是利用 旧的单 元仪表组成 。与-P L C系统相比， 该控制系统操作、 监视功能单一 ， 不能实现远程集中操作 ， 为提高控 制系统的可靠性及机组 的 自动化控制水平 ， 该厂在 一 次装置小修期间， 将其改造为 T r i c o n e x公司的 TS 3 0 0 0系统 。用 一 套 P L C 系统 控 制 两 台 主要 主 风机组 ， 这在 该 厂尚属首 次 。 2 改 造原 则 1 为保 证机组 的安 全运 行和操 作 的习惯 性 ， 所 有的控制、 联锁方案不变 ， 一切遵循原 系统的控制 方案 。 2 除就地操作站外， 在中控室内增设一台远程 操作 站 ， 实 现 主风机 的远程 操作 。 3 操 作站辅 设一 个辅 助仪表 盘 ， 保 留原 系统 的 主要指示 灯及操 作按 钮 。 4 在 仪表 柜 内 部 ， 将 D 8 0 0与 3 主 风 机 信 号 分开布 置 ， 电源分 设 ， 以避 免 在处 理 问 题 时 发生 误 动作 。 5 对于机组的振动 、 位移监测系统 ， 保 留原系 统 的 7 2 0 0系 列 探 头 与 前 置 器 不 变 ， 二 次 表 采 用 T M4 0 1 ， T M4 0 2振动 、 位移变送 器， 将前置器信号 转换为 4 ～2 0 mA信号进 P L C， 不再用 7 2 0 0系列 盘装 二次表 。 6 现场仪表除新增及更换外， 不做大的改动 ， 仅将润滑油压力低 自保停车改为三取二方式 ， 信号 电缆利用原有的。 7 防喘 振控制 采用 Tr i c o n的专用 控制器 。 3 控 制 系统 配 置 ． T r i e o n e x的 TS 3 0 0 0系统 是一 种 大型 的输 入 ／ 输出信号 、 处理器全部三冗余 、 运行单一程序的容 错控制系统 ， 专用于透平机械控制 ， 其核心是从处 理器到 i ／ o电路完全三冗 余的容错功能 ， 这种 三 取二表决系统为机组运行提供完善的控制和保护 。 TS 3 0 0 0系统 在该 厂一催 化 主风机组 控制应 用 中的硬 件配置 如 图 1 所示 。 收稿 日期 2 0 0 1 0 8 2 2 ； 修改稿 收到 日期 2 0 0 2 1 1 1 7 作者简介 赵庆林 1 9 6 9 一 ， 男 ， 河南唐河人 ， 1 9 9 2年毕业于抚 顺石油学院计算机工程 系， 现为洛 阳石化总 厂三隆公 司仪表车 间 工程师 。 从 事石油化工仪表及 自动 控制系统 的技术管 理和维 护工 作 。 作为主要技术骨 干先后 完成 了多套 D C S ， P L C控 制系统 的组 态 、 凋试和投运工作 ， 已发表技术 论文 5篇。 维普资讯 石油化工 自动化 操 作 站 研 华 I P C 6 2 0 ， PⅢ 7 0 0 Hz ， 1 2 8 M R AM ， 运 行 平 台 为 Wi n d o w NT Wo r k s t a t i o n 4 ． 0 中文版 ， 操 作 界 面软 件 采 用 WOND E R WAR E I N T oUCH7 ． 0中文版 ， 它 提 供 灵 活 多样 的编 程 组 态 功 能 ， 用 于组 态人 机操 作 接 口界 面 ， 实 现 机组 运 行 过程 的监视 与操 作 、 容 量或 周期 可 自定 义 的报警 库 及历 史趋势 查询 与 显 示 、 定 时报 表 打 印 、 自保 软 屏 蔽 、 报警 限修改 、 数据 备份 等功 能 。 站 I l羹 站 I DC S l l 编 程 镯 瞎 RS- I T S 3 0 0 0 系统 ’ I J I f I S O L A T O R I I I S O L A T O R l I ／ U l I S O L A T O R l I 、 O0N、 RTER 1 I RELAY l _1 同 ] l l 电 气l 图 1 T S 3 0 0 0系统在 一催 化主风 机 组应 用 中的硬件 配置 控 制 站 T 3 0 0 0系统 ， 包括一 个 主机架 和两个 扩展机 架 ， C P U 模块 及 Uo总线 为三 冗余 结 构 ， 电 源为双冗余 ， 系统配置有 1 块通讯卡、 4块 DI 卡、 2 块 D o 卡 、 5块 AI 卡 、 2块 T ／ C卡 、 3块 A0 卡 ， I ／ o容量为 3 9 2 点 ， 其 中 D I ， DO， T ／ C均实现了信号 隔离， 与电气相关联的信号还采用了继 电器隔离。 组态 软 件 采 用 TR I S T ATI ON 1 1 3 1 V3 ． 0 ． 1 ， 该软 件 提供 有梯形 逻辑 图 、 功 能 块 图、 结 构化 文本 文 件 3种 编程工 具及 丰富 的功能 函数库 ， 用 于 实现 大 型 机组联锁逻辑控制和回路控制 。 4 关键 控 制策略 3 主风机及 D 8 0 0主风机 因其特有 的机械结 构和运行特性 ， 对 自动控制提 出了特殊 的要求， 控 制策略 也相 对较 为 复 杂 。在 机组 的不 同运 行状 态 下 ， 控制要求也不尽相同， 不仅具有复杂的联锁逻 辑 ， 而且一个控制 回路的输出动作也往往需要通过 逻辑判断来决定。 4 ． 1 联 锁逻 辑控 制 3 轴流 压 缩机 结构 复 杂 ， 附属 设备 多 ， 联 锁逻 辑也较 为复 杂 ， 主要有 启动 允许逻 辑 、 正常 开机逻 辑、 紧急停车逻辑、 正常停车逻辑 、 自保运行逻辑、 润滑油 压力 自保 逻 辑、 除 尘 电 机 启 动 逻 辑 等。 D 8 0 0主风机 为离心式 压缩 机 ， 联 锁逻 辑较 为 简单 ， 主要有 启动允许逻辑 、 紧急停车逻辑 、 润滑油压力 自保 逻 辑 等 。这 些 联 锁 逻 辑 均 通 过 T RI S TA T I oN 1 1 3 1功能块 图 实现 ， 它 提 供 有 与 、 或 、 非 、 延 时 、 R S触 发 器等 多种功能 块 ， 能满 足各种 逻辑控 制 的需要 。用逻 辑功 能块 实现逻 辑控 制 ， 在 很大 程度 上是逻辑原理图的翻版， 只需将逻辑符号 、 输入条 件、 输出结果用系统规定 的符号表示 ， 并将 Uo变 量与 相应 的 I ／ O 通道 连 接 即可 ， 调 试 、 检 查相 当方 便直 观 。在 组态 设计 上 ， 主要 通过 软件 按钮实 现联 锁逻 辑 的操 作 和屏 蔽 ， 以简 化 辅助 操 作 面板 ， 节 省 I ／ o通 道 。 4 ． 2 典 型复 杂控制 回路 3 轴流压缩机控制 回路有 润滑油温度控制 TI C 一 1 0 3 1 ， 冷却蒸汽压力控制 P I C 一 1 0 0 4 ， 密封蒸汽 差 压控 制 P DI C 一 1 0 0 3 ， 主 风 总量 控 制 F I C 一 1 0 0 5 ， 再 生器压 力控 制 P I C 一 1 0 3 1 ， 防喘振 控制 F I C 一 1 0 0 1 ， 防 阻塞 控 制 F I C 一 1 0 0 2 ； D8 0 0主 风 机 的控 制 回路 有 防喘 振 控 制 F I C 一 3 0 0 1 ， 入 口 阀手 操 器 HI C 一 3 0 0 1 。 这些 回路采用模拟功能块 与逻辑功能块相结合 的 方法实现 ， 通过逻辑判断决定控制器的动作 ， 在操 作 上采 用软键 触发 的方式 ， 用 鼠标 点击 画面 上的相 应 图素完 成控 制器 的操作 。下 面简单介 绍 3 * 机 的 几个主要控制 回路的实现方法。 4 ． 2 ． 1 主风 总量 控制 回路 主风机在重油催化裂化装置中的生产地位极 其重要 ， 担负着为再生器输送主风的重任 ， 实现再 生器内催化剂的流化、 烧焦和再生， 维持两器 的压 力平衡 。在装置处理量等工况发生变化时， 需要及 时调 整进入再 生 器 的主风总量 ， 因此 把 主风总量 控 制器 F I C 一 1 0 0 5设 置 在 D C S内， 同时 ， 为保 证 主风 机安全运行 ， 在开机 、 停机及机组不平稳工况下能 迅速 做 出操 作调 整 ， 在 TS 3 0 0 0内也设 置 了一个 手 操器 HI C 一 1 0 0 5 。该 主风 流量是 基 于差压 原理 测量 的 ， 为消 除风机 出 口压 力 、 温 度对 流量测 量 的影响 ， 提 高测量 精度 ， 在 D C S内 对流 量 测 量 实 现 了温 压 补偿 。 在主风机的正常停车顺序中， 要求在高温蝶阀 关闭后 ， 静叶执行机构应在 1 mi n内关闭， 该功能 采用一个斜坡函数来实现 。正常停车信号发出后 ， 当高温蝶阀关闭后 ， 输 出选择器选择斜坡函数的计 算值作为回路的输出信号 ， 在 1 mi n内平滑地关闭 静 叶 。如 图 2所示 。 4 ． 2 ． 2 再 生器 压力 控制 再 生 器压 力 是 维持 两 器压 力平 衡 的一个 重 要 参 数 ， 它 主要 是 通 过 再 生 器 内烟 气 排 出 量 来 调 节 的 。出于烟气 能量 回收 的 目的， 排出 的烟气分 成两 维普资讯 第 2期 赵庆林 ．主风机组控制系统的升级改造 路 。一路 烟气通 过双 动滑 阀输送 到余 热锅 炉 ， 用 于 生 产 中压 饱 和蒸汽 ； 另一 路烟气 通过 高温 蝶 阀输 送 到 烟机 ， 带动 风机 运转 以节 省 电能 。因而 ， 在 D C S 中组态 了一个 压力 分程 控制器 P I C 一 1 0 3 1 ， 输 出 的 0 ～ 5 0 控制 双动 滑 阀 ， 输 出 的 5 0 ～ 1 0 0 控 制 高 温蝶 阀 ； 同时 ， 为防止 烟机 超 速 ， 在 T 3 0 0 0内也设 置 了一个 速 度 控 制 器 S I C 一 1 0 0 1 ， 二 者 组 成 一 个 低 限选 择 控 制 ， 当烟 机转 速 超 过 设 定值 时 ， S I C 一 1 0 0 1 输 出下 降 ， 超越 P I C - 1 0 3 1 ， 关小 蝶 阀 见 图 3 。 图 2 主风 总量控 制 回路 高温 蝶 阀还作 为主风 机 的一个联 锁执 行机 构 ， 在 主风机 的不 同工 况 下需 要 执 行 不 同 的动 作 。 f l TS 3 0 0 0系统 中， 通过 斜 坡 函数 及 相应 的逻辑 削晰 实现 了蝶 阀的 3 个 联锁 动作 1 紧 急 停 车 E S D 时 ， S I C 一 1 0 0 1 ． S V 在 】 S 内回零 ， 蝶 阀关 闭 。 2 按下 升速 按钮 I N C 时 ， S I C 一 1 0 0 1 ． S V在 1 0 mi n内升 至 5 7 0 4 RP M 1 0 1 同 步 转 速 ， 蝶 阀慢 慢 开启 。 3 正 常停 机 或 按 下 降 速 按 钮 DE C 时 ， S I C 一 1 0 0 1 ． S V在 1 0 mi n内降 至 0 R P M， 蝶 阀慢慢 关 闭 。 4 ． 2 ． 3 防 喘振控 制 喘振是 压缩 机 固有 的特性 ， 它 对机 组 的危 害是 巨大 的 ， 甚 至是毁 灭性 的， 因而 ， 防喘振 是维持 机组 平稳 运行 的关 键措 施 之 一 。世 界 知 名 的压缩 机控 制 厂商 D r e s s R a n d ， E l l o i t ， C C C， Tr i c o n e x等都 先 后研 制 开发 了 自己独 特 的防喘振 控制技 术 ， 来预 防 机 组 喘 振 的 发 生 。3 主 风 机 原 采 用 的是 D r e s s R a n d公司的防喘振算法， 在本次控制系统改造中， 将它更新为 T r i c o n e x公司的防喘振算法 ， 新算 法 在 保 留原 算 法 技 术 数 据 的基 础 上 ， 采 用 Tr i c o n e x 的防 喘振技术 和 逻辑运 算功 能 ， 实 现 了下 述控 制功 能 。 图 3 再 生 器压力控 制 1 控 制输 出分程 范 围 2 调节 器具 有 的 3种操作 模式 F C V一 1 0 ～ 6 8 ． 7 5 ％ ，F C V一 2 5 6 ． 2 5 ％ ～ 自动 控制 器 自动 监视 机组 喘 振情 况 ， 一 旦 接 1 0 0 ％。 近喘振 线 ， 将 起 用防 喘振特殊 功能 维普资讯 石油化工 自动化 手动 可 以手动 给 定 控 制器 的输 出 ， 此 时 控 制 器仍 一直 监视 机组 喘振情 况 ， 当控制 器输 出大 于手 动 输 出时 ， 控 制器 输 出跟 踪 手 动 输 出 ， 当控制 器 输 出小 于手动输 出时 ， 控 制器输 出超 驰手动 输 出 。 硬手动 超驰 自动 和 手动 方 式 ， 强 制 控 制器 的 输 出 ， 该方 式用 于仪表 维护 。 3 纯 比例 功能 当操 作点 快速 移至且 超过控 制线 某个 数值 时 ， 纯 比例 功 能起 作 用 ， 控 制器 输 出从 1 0 0 ～0快 速 下降 。 4 可变 控制 线 VC L 功 能 当操作 点移 过喘振 线 时 ， VC L起作 用 ， 每 交叉 一 次 ， 控 制线右 移 2 ， 最大不 超过 3 0 。 5 徘徊设 定点 当操作点 远 离控 制 线 时 ， 为稳 定 操 作 ， 设 定 点 将 跟踪 操作点 ， 徘 徊在一 定距 离上 。 4 ． 2 ． 4防阻塞控 制 由于该 轴流 压缩机 未带 末级离 心 叶轮 ， 其 阻塞 线较高， 当出口压力降低致使末级叶栅处气流达到 音速 时 ， 产 生振 动 ， 即发生 阻塞现 象 ， 可能导 致 叶片 的损 坏 。因此 ， 需 加设 防 阻塞控 制时 刻监视 机组 的 运行 状 态 ， 调 节 器 为 正 作 用 ， 控 制 阀 为风 开式 ， 同 与 上接 第 7 2页 时 ， 考虑到 仪表 维护 的安全性 ， 通 过 P L C组态 为 控 制器 设置 了 以下 3 种 操作 模式 。 1 自动方 式 控 制器 一 直 监视 机 组 阻塞 情 况 ， 手 动输 出跟踪 自动 输 出 。 2 手 动方 式 手 动 给定 控 制器 输 出 ， 此 时控 制 器仍 在 自动 监视机 组 阻塞情况 ， 手 动输 出与 自动输 出之 间取最 小值 作 为控制器 的输 出 。 3 硬手 动 方式 超 驰 自动和 手 动 方式 ， 强 制控 制器 输 出 ， 用 于仪表维 护 。 5小 结 一 催化 主风机 组控 制系统 的改造 成功 ， 提高 了 机 组 的整体 自动化 控制 水平 ， 实现 了主风 机 的远 程 控制 ， 为生产 装置 的集 中 、 系统 化操 作创 造 了条件 ， 而且 计算机 系统 界 面直 观 、 操 作 快 捷 ， 具 有 流程 图 显示 、 历史 报警查 询 、 历 史趋 势显 示等功 能 ， 易于优 化操 作 和事故 原 因的分析 。通过 近几个 月 的运行 ， 已经显示 出 了它 的优 越 性 ， 深 受操 作 人 员 的喜 爱 。 这 次控 制系统 改造 的成功 实践证 明 ， 只要掌 握 了大 型机组的控制要求和实现方案 ， 通过合理的设计和 施 工组 织 ， 是 可 以达到既 节省 资金 又能升级 控制 系 统 的 目的。 表 3 标气含量 s每s每s争匀 s争匀 s 为 了使 仪表 在测量 组分 低含量 时灵 敏度 高 ， 建 议将 F I D检 测 器 的选 项 ， 选 到 高 灵 敏 度 。 为 了测 量组分较为精确 ， 建议在色谱分析方法中， 将组分 峰 积分使 用斜率 检测 积分法 ， 而 不使 用强制 积分方 法 。这里 在使用 斜 率检测 积分法 时 ， 又要注 意斜 率 检测 灵敏 度设 置要适 中， 因高 而窄 的峰有较 大 的斜 率 ， 矮而 宽 的峰有较 小 的斜 率 ， 如斜率 设定 太高 ， 小 的出峰检测不到， 如斜率设定太低当基线发生漂移 时则会被 误认 为 出峰 而进 行 积 分 。具 体设 定 多 少 合适只有在现场调试中决定。 同时该 厂在使 用开 始时 发现 ， 此 表 与化验 室色 谱 分析 有较 大差 别 ， 经 检查 分 析 ， 发 现 当通 标 准 气 体 时 因钢瓶 气 压 力 较 大 ， 进 样 浮 子 流量 计 较 为 稳 定 ， 当进 分析 样 品时 ， 因取样 点压力 较小 ， 而进样 浮 子 流量 计量 程较 大 ， 浮 子 为小 钢 球 ， 此 时 浮子 脉 动 状 运动 ， 后更 换 为 r e t o n浮 子 材料 的 小量 程 浮 子流 量 计重 新校 验后 ， 差值 减小 。 因此 此故 障为取 样流 量不 稳定造 成 。同时 因采样 点压 力较小 ， 样 品未采 取 稳压 措施也 是一 个原 因 ， 因此 建议 使用适 当 的液 封 鼓泡 稳压 器 以稳定样 品压 力 ， 确 保仪表 平稳运 行 。当样品流量不太理想时 ， 建议将恒温炉 内的不 同进样 阀之 间进 样 的串连 形 式 改 为并 联 形 式 。这 样进样流量计 的流量将有较大改善。这里仍要强 调 的是 此表 整体 防爆 形式 为 隔爆 结构 ， 而 不是 正 压吹扫型 ， 当对恒温炉 内的色谱柱进 行泄漏检验 后 ， 不 要 马上恢 复外 盖 ， 应 将 此 部分 的水 汽 散发 干 后再 加外 盖 。 4结束语 此表从 2 0 0 0年底投用至今工艺操作人员反应 较好 ， 仅 在投用 开始 阶段 出现波动 。后 经仪 表维护 人 员进行 改进处 理 ， 目前 一 直 稳定 运 行 ， 满 足 了工 艺控制要求 ， 解决 了因原液氧 中无在线微量烃分 析 ， 经常 频繁排 液 氧造成 的能耗浪 费 。同时 笔者也 认 为虽有 了在线 连续 分析 仪表 ， 可降低 化验 分析 频 次 ， 但决 不能 取消 此 点 的离 线 分 析 ， 这样 才能 为精 馏 塔 的安全平 稳生 产提供 双重 保障 。 维普资讯