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    顏景義（1982— ）
男，山東鄆城人，助理工程師，學(xué)士，(新疆烏魯木齊石化公司煉油廠儀表車間，新疆  烏魯木齊  830019），研究方向為信息通信與應(yīng)用自動化控制，現(xiàn)就職于新疆烏魯木齊石化公司煉油廠。

摘要:文章介紹了ESD系統(tǒng)改造的具體設(shè)計和實現(xiàn)及改造后取得的效果。

關(guān)鍵詞:Tricon  ESD；三重冗余 ；喘振控制

Abstract:The paper introduces the design and implementation about the transformation of  ESD system. Also the effect is detailed.

Key words:Tricon  ESD ; Tri-redundance ; anti-surge control

    ESD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨立原則要求，獨立于DCS集散控制系統(tǒng)，其安全級別高于DCS。在正常情況下，ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)。作為安全保護(hù)系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線監(jiān)測裝置的安全性。只有當(dāng)生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護(hù)聯(lián)鎖信號，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)，使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個預(yù)定義的安全停車工況，從而使危險降低到可以接受的最低程度，以保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。為提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，安全平穩(wěn)、長周期地連續(xù)生產(chǎn)是至關(guān)重要的。“該動則動，不該動則一定不動”是ESD的明顯特征。煉油廠蠟催裝置是煉油廠最重要的生產(chǎn)裝置之一，蠟催機(jī)組則是裝置的心臟，隨著老系統(tǒng)的使用年限增加，故障率也隨之增長，為機(jī)組安全運行埋下隱患。成為我廠將來兩年完成600萬原油加工量任務(wù)的絆腳石。為了更好地提高機(jī)組控制系統(tǒng)的整體性、可用性、保證機(jī)組控制安全可靠，選用了Tricon  ESD  TS3000控制系統(tǒng)對蠟催裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行了全面的改造。
 
1 原有系統(tǒng)的狀況分析及升級ESD系統(tǒng)的必要性分析

    （1）蠟催大機(jī)組由1，2#主風(fēng)機(jī)和氣壓機(jī)組成。其中：1，2#主風(fēng)機(jī)由西門子的S5系列PLC控制；氣壓機(jī)是由沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的TRICON公司的TS3000系統(tǒng)進(jìn)行控制，上位機(jī)為FOX系統(tǒng)；自保系統(tǒng)由深圳美利華TRIFIG公司生產(chǎn)的ESD系統(tǒng)，狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)采用BENTLY3300來監(jiān)測2#主風(fēng)機(jī)和氣壓機(jī)振動、位移、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)參數(shù)。主風(fēng)機(jī)，氣壓機(jī)，自保系統(tǒng)，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由不同五套系統(tǒng)控制組成。控制方案復(fù)雜，可靠性差，給機(jī)組維護(hù)造成很大的困難，并且備品備件的儲備種類繁雜，無法做到備件的完備。

    （2） 由于原來1，2#主風(fēng)機(jī)組聯(lián)鎖系統(tǒng)西門子S5系列PLC不能處理模擬量AI，AO信號，只能處理DI，DO信號，其模擬量信號處理由DCS完成；自保和氣壓機(jī)聯(lián)鎖是兩套不同的ESD系統(tǒng)。這就造成現(xiàn)場來信號，報警臺信號接線錯綜復(fù)雜；系統(tǒng)之間無法進(jìn)行通訊；三機(jī)崗位多臺操作站分散操作，給工藝操作和判斷帶來了很大的不便；大大增加了故障出現(xiàn)的幾率。

    （3） 1，2#主風(fēng)機(jī)組聯(lián)鎖系統(tǒng)沒有歷史趨勢，實時趨勢，SOE事件順序記錄、機(jī)組控制PID(如防喘振控制及調(diào)速控制等)及常規(guī)指示記錄功能、故障診斷功能，使日常操作及事故分析手段都不完善。

    （4） 主風(fēng)機(jī)，氣壓機(jī)，自保系統(tǒng)，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)使用年限均超過8年，出現(xiàn)老化現(xiàn)象（有部分配件廠家已停止生產(chǎn)），故障率逐年升高。

    綜上所述對原有的蠟催大機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造勢在必行。

2 ESD升級改造配置及應(yīng)用

    2.1   系統(tǒng)配置

    系統(tǒng)選用美國TRICONEX 公司TRICON V10控制器，組態(tài)軟件為Tristation 1131 v4.1。監(jiān)控和人機(jī)界面軟件選用Wonderware Intouch v.9.5版。控制程序和HMI畫面由北京康吉森自動化設(shè)備技術(shù)有限公司和煉油儀表車間共同編制完成。改造完成后，實現(xiàn)了透平-壓縮機(jī)一體化控制系統(tǒng)ITCC(Integrated Turbine & CompressorControl)在一套控制器內(nèi)實現(xiàn)了三機(jī)組的緊急停車聯(lián)鎖保護(hù)、安全運行。它包括：主風(fēng)機(jī)防喘振控制、逆流保護(hù)、油泵控制、負(fù)荷控制等；富氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)速控制、氣壓機(jī)防喘振控制；機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)；潤滑油泵、復(fù)水泵控制以及催化裝置聯(lián)鎖自保系統(tǒng)、相關(guān)過程監(jiān)控、過程報警等功能。

    保留原來的氣壓機(jī)ESD系統(tǒng)，把控制器由3007升級為現(xiàn)有的3008，對原來電源進(jìn)行了更換，與新增的2臺ESD機(jī)柜共同組成現(xiàn)在的TS3000系統(tǒng)。選用3臺DELL工作站作為該裝置的工程師站及操作站，工程師站可以離線和在線組態(tài)、修改、設(shè)置參數(shù)及系統(tǒng)維護(hù)和操作功能，并作為操作站監(jiān)控現(xiàn)場和調(diào)節(jié)操作。

    系統(tǒng)采用三重化技術(shù)，就是說：所有重要電路都實現(xiàn)三重化，三重化的每個部分是獨立的，但三個部分的功能又完全相同。三重化電路的輸出信號在成為系統(tǒng)輸出之前，經(jīng)過一個三取二的表決芯片。當(dāng)三個電路中有一路發(fā)生故障，輸出錯誤信號，經(jīng)過三取二表決后該錯誤信號被屏蔽掉，系統(tǒng)仍然輸出正確的信號（電壓、電流或開關(guān)狀態(tài)）。系統(tǒng)不會因為內(nèi)部故障而對過程產(chǎn)生影響。每種類型I/O卡件具備雙重化冗余容錯功能，同時卡件具備對故障和信號出錯的鑒別及處理功能，所有I/O卡件還具備對現(xiàn)場開路及短路等故障的鑒別及處理功能，每種類型卡件均能在線熱插拔和更換。

    用BENTLY3500狀態(tài)監(jiān)視儀取代原來的2套BENTLY3300狀態(tài)監(jiān)視儀，實現(xiàn)3500與ESD之間的通訊，使3500數(shù)據(jù)在ESD 系統(tǒng)中方便的進(jìn)行的讀取，歷史趨勢，實時趨勢的存儲，報警，打印等功能，如圖1所示。

    采用一入兩出安全柵將重要參數(shù)分別引進(jìn)DCS系統(tǒng)和ESD系統(tǒng)中；利用ESD 的MODUBUS通訊功能，將ESD控制器與DCS通過RS-232/485接口與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通過系統(tǒng)組態(tài)，

    2.2   系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

    （1）SOE·事件順序記錄

    系統(tǒng)帶有SOE功能，I/O卡件給控制器提供事件順序能力，在每次掃描期間，控制器檢查所指定的被稱為事件的離散變量的狀態(tài)改變。當(dāng)一個事件發(fā)生時，控制器將變量的當(dāng)前狀態(tài)和時間協(xié)簽存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，以便組態(tài)提取事件順序。SOE的識別時間間隔為≤1ms，SOE的事件記錄存儲時間為不少于6個月，并可實時存貯在硬盤中，并可通過打印機(jī)打印出來通過事件記錄畫面按時間順序記錄、顯示及打印所有設(shè)備故障或報警事件及相關(guān)信息，事件記錄可按要求選擇記錄格式，存儲時間及打印的時間間隔。通過該功能，監(jiān)控人員就可以通過發(fā)生事件時間順序，查找第一故障點，從而準(zhǔn)確的進(jìn)行處理。

    （2）第一事件報警

    報警在生產(chǎn)運行中作為重要的一員，其重要性不言而喻。為了更直觀，快捷的判斷報警事件，在組態(tài)時開發(fā)了第一事件報警。經(jīng)過畫面點與系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)的鏈接，將相關(guān)的報警值每5個分為1個塊，3塊為1組，當(dāng)報警發(fā)生時可以清楚地得到每一塊，每一組和全部報警的時間及順序。為操作人員分析和維護(hù)裝置起到了舉足輕重的作用。

    如圖2所示，Tricon  ESD  TS3000已經(jīng)為我們提供了最直接的分析。
　

    自動方式升速時，按設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行升速，升速率，正常爬坡速率，臨界轉(zhuǎn)速（3600～4800 RPM），快速爬坡速率（臨界段）經(jīng)過重新計算，真正實現(xiàn)蠟催氣壓機(jī)的量身定制。新程序還可以通過按升速/降速命令按鈕來實現(xiàn)手動方式升速，連續(xù)按下不放手時，升速速率與自動相同。

    由 模式0：停車—〉模式1：系統(tǒng)復(fù)位—〉模式2：允許啟動—〉模式3：暖機(jī)1(3600rpm)—〉模式4：暖機(jī)2(4800rpm)—〉模式5：升速，過臨界—〉模式6：正常運行。逐步平穩(wěn)的完成氣壓機(jī)的整個升速過程。

    2.3   改造經(jīng)驗

    （1）為了維護(hù)方便、系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試和工藝操作，特別是裝置開停車的需要，對每個參與聯(lián)鎖的點都設(shè)置旁路開關(guān)。
這樣就大大方便了系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試和工藝操作。而且對系統(tǒng)特殊狀態(tài)下的運行也提供了保證。

    （2）Tricon  ESD  TS3000三重冗余的優(yōu)勢并不能只是體現(xiàn)在硬件上。在機(jī)組改造過程中，筆者吸取去年工藝人員因誤操作導(dǎo)致裝置波動的教訓(xùn)，在所有點的輸入部分，當(dāng)輸入變化大于5%時，都會提出“確認(rèn)”以防治誤操作的發(fā)生。

圖5   蠟催裝置工藝聯(lián)鎖關(guān)系圖

3 改造完成后取得的效果

    改造完成通過對壓縮機(jī)機(jī)組的控制系統(tǒng)的組態(tài)和調(diào)試，采用最佳控制方案，使壓縮機(jī)機(jī)組在非滿負(fù)荷的工況下，效率最高，操作范圍寬，設(shè)備安全，具有足夠的靈活性和可靠的防喘振保護(hù)系統(tǒng)。然后又通過熟悉掌握工藝過程和壓縮機(jī)的操作性能，對壓縮機(jī)機(jī)組原來的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析和研究，制定壓縮機(jī)機(jī)組診斷維護(hù)方案，從而使壓縮機(jī)控制系統(tǒng)達(dá)到最佳化和最優(yōu)化。大大提高了機(jī)組運行的可靠性

    另外，改造完成后，畫面直觀，操作簡單，維護(hù)方便，讓使用和維護(hù)者得到最直接的利益。

4 結(jié)束語

    緊急停車系統(tǒng)作為一套安全保護(hù)系統(tǒng)，其責(zé)任和重要性不言而喻。一個好的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)必須具有很高的可靠性、安全性和可用性。蠟催裝置的Tricon  ESD  TS3000控制系統(tǒng)投用以來，系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠，使用效果良好，不僅操作簡單、組態(tài)方便，且維護(hù)量小、故障率低，提高了裝置的生產(chǎn)操作控制和管理水平，優(yōu)化了裝置的運行，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效率。

其它作者：

    楊海濤（1973- ），男，新疆烏魯木齊人,儀表技術(shù)員，本科，研究方向為應(yīng)用自動化控制，現(xiàn)就職于新疆烏魯木齊石化公司煉油廠。

參考文獻(xiàn)

    [1] ESD操作規(guī)程.

    [2] 北京康吉森自動化設(shè)備技術(shù)有限公司. LAB-Intouch Training.

    [3] 北京康吉森自動化設(shè)備技術(shù)有限公司. Tricon設(shè)計與安裝手冊.