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浙江能源伊犁新天煤化工有限責任公司 張文華

作者簡介

張文華（1967-），男，儀控高級工程師，現就職于浙江能源伊犁新天煤化工有限責任公司，任儀控部副經理，主要研究方向為電廠與煤化工自動控制及控制系統優化。

摘要： 伊犁新天煤化工有限責任公司操作人員崗位編制精簡且操作經驗不足，為了保障操作安全在關鍵設備壓縮機控制系統的設計實施階段，就做了充分考慮。為解決操作安全問題采用了CCS壓縮機組控制系統，通過對控制方案和組態方案的細節進行優化，用程序和畫面腳本編寫，來防止錯誤操作；通過操作面板的優化，機組過程報警的管理等方面來提高機組操作的安全。

關鍵詞：CCS；壓縮機控制；組態軟件；聯鎖；操作面板；操作安全

1　引言

CCS系統英文全稱為Compressor Control System , 即壓縮機控制系統。它是根據壓縮機組的控制特點，在壓縮機組一體化控制的基礎上，突出了壓縮機控制，實現壓縮機的節能自動控制的系統。這是大型機組控制技術的進一步發展。

CCS系統卡件具有在線更換的功能，控制程序可以在線修改下裝，系統電源為冗余供電配置。系統硬件、軟件均通過TüV AK6 級安全認證，是可靠的大型機組控制系統。CCS 主要控制包括機組的負荷調節、機組的防喘振控制、汽輪機的調速控制、機組內部單元設備的控制、程序控制和聯鎖控制、機組內部單元設備中的儀表和執行機構的顯示控制等。可以通過CCS操作站對機組內部單元設備進行遠程啟/停和操作, 也可以通過CCS操作站對機組內部單元設備進行詳細的報警和監控,還可與主控制系統（DCS控制系統）進行數據通信。

伊犁新天煤化工公司是一個新建的企業，裝置是長周期不間斷運行，裝置機組的安全、平穩運行是非常重要的，操作人員需要24小時連續操作，因此系統操作的安全可靠合理是保證裝置機組安全操作的條件。本文通過介紹康吉森CCS系統組態軟件實現壓縮機重要參數的控制、聯鎖保護、設備控制等，采用優化操作面板、完善機組過程報警管理等功能提高了操作的安全性。

壓縮機是煤化工裝置的核心設備。目前各裝置機組的控制系統采用康吉森CCS系統，共計7套，以空分裝置的空壓機組系統為例，來說明利用CCS即壓縮機控制技術對空壓機、增壓機和驅動汽輪機的控制策略提升，提高機組安全操作的實現。

2　控制方案是安全操作的保障

大型空分裝置的空壓機控制方案比較復雜。空壓機組CCS系統的主要控制如下：

輔助系統控制主要包括：潤滑油系統的油壓控制、油溫控制、機泵控制。

汽輪機控制主要包括：開車升速順序控制、速度控制、末級噴淋閥的控制、 末級保護停車、 盤車電機控制、密封蒸汽控制、凝結水液位控制。

壓縮機控制主要包括：空壓機入口導葉控制、防喘振控制、出口壓力控制、加載和/卸載等。在緊急情況下，人的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，如果控制方案的操作復雜容易出現錯誤。為此我們采取了以下措施：

2.1　控制方案在操作畫面上表述

要求組態人員在組態控制方案時考慮操作員的需求，將復雜的控制方案簡單明確地表述在操作畫面上，使操作人員能理解控制方案按照要求操作。

2.2　投用自動控制減少操作風險

控制回路如果能投用穩定的自動控制來輔助操作，系統穩定需要的操作少，也就降低操作風險。

對這些控制回路的控制方案經過了詳細論證和完善，比如速度控制依據壓縮機在開車過程中負荷隨轉速升高而變化的特點，按照升速階段分段設置不同參數使自動控制始終能投用。在機組試車期間，進行了投用試驗，通過制造干擾的方式調整控制參數使控制能適應工藝參數波動的情況，使自動控制抗干擾能力提高，更穩定。

2.3　安全限制控制程序

在特殊工況下，工藝參數變化迅速，如果操作經驗不強的操作人員很難應對，安全限制程序可以起到很好的輔助操作作用。

空壓機CCS系統，采用了出口壓力高限制控制，當出口壓力高于限制值時，限制控制器會快速打開卸壓放空閥使出口壓力回到正常范圍，在壓力低于限制值內的波動卸壓放空閥不會誤打開。

防止超速控制，在壓縮機突然卸載時，壓縮機功率迅速減少，機組轉速會快速升高，為了防止超速發生，程序設計了防止超速功能，當速度測量值高于設定值50轉時，程序會快速關小調速閥，使速度降低，當速度測量值不高于設定值50轉時，轉為PID自動控制。

2.4　無擾動切換

無擾動切換對于自動控制操作非常重要，對于復雜控制回路如壓縮機性能控制，在出現波動大或異常時需要解除串及控制，這就要求組態方案是無擾動控制，無論什么狀態下，輸出都不能出現波動。

對于某些控制需要在開車初期在CCS上操作，裝置運行正常后需要在DCS上操作的回路，要考慮設定值和輸出值的相互跟蹤實現切換不出現擾動。

2.5　儀表故障處理

CCS系統對每個模擬量回路做了變送器故障報警，第一時間提示操作員。對于自動控制回路，當收到變送器故障信號時，解除自動控制，同時保持輸出不變，發出報警提示。

3　優化操作畫面

3.1　操作畫面布局

公共顯示區和畫面切換區，公共顯示是所有畫面都顯示的部分，包括:

（1）最新報警顯示：此處顯示最新產生的報警/事件信息，顏色為紅色，報警確認后該處報警信息也自動消失。報警消音按鈕：當有報警發生時該按鈕上字體顏色變為紅色，確認后變為黑色，點擊該按鈕可跳轉到報警顯示窗口。

（2）通訊指示：通信正常時兩綠燈交替閃爍，故障時兩燈停止閃爍。

（3）歷史報警按鈕：點擊歷史報警按鈕，監控畫面切換為報警/事件詳細列表。

（4）登錄窗口：點擊彈出登錄窗口，登錄后登陸框中顯示登錄級別。所有操作的按鈕或輸入分為不同的權限，按照登陸用戶的權限設定了不同的操作范圍，防止了錯誤操作的可能。

（5）打印按鈕：點擊打印按鈕，打印機會將整個屏幕窗口拷貝打印到PDF文件或打印機上。

（6）畫面切換按鈕：點擊不同的按鈕顯示相應的畫面。

（7）重要參數顯示：顯示整個機組中重要的參數，使操作人員始終能監視這些參數，不會因為切換畫面而被覆蓋。

（8）監控畫面：顯示畫面切換按鈕點擊后的相應的畫面都在此處顯示。

（9）當模擬量指示在不同狀態時顏色將發生不同變化。

3.2　明確的操作顯示信息

詳細定義了參數顯示含義，如變量報警顏色，顯示數值位數，開關閥的顏色等在組態前都做了詳細規定。全廠每臺機組控制操作畫面都是統一的，為操作人員和維護人員提供方便。

3.3　操作限制保護

對于數值輸入的操作如給定值輸入，設置有數值范圍限制，當超過限制范圍時，不能輸入彈出提示窗口，防止了錯誤輸入造成的錯誤發生。

所有的開關按鈕操作都設有2次確認窗口，并有簡單的操作提示，防止操作失誤的發生。

3.4　邏輯關系清晰的聯鎖停車畫面

空壓機組的停車聯鎖條件由汽機聯鎖、空壓機聯鎖和增壓機聯鎖三部分組成。所有停車聯鎖又分為延時跳車和非延時跳車兩種，前一種跳車延時一秒鐘用來壓縮機卸載，后一種直接跳車。為了保證機組在故障時能立即停機保護壓縮機，同時要考慮誤停車造成裝置停工的重大損失。CCS聯鎖操作畫面上，操作人員看到的是動態的邏輯關系，清晰明了。邏輯圖線條動態變色，正常為綠色，當邏輯的條件達到報警值時，顯示黃色，用以提醒操作人員。當達到聯鎖值時，顯示紅色。將下層的邏輯圖繪制到流程圖上，每個顯示點都來自下位程序，這樣每一次動作在聯鎖圖上顯示的就是實際的情況，不會引起上層和下層不一致的情況，從而提高了操作的安全可靠性。聯鎖條件的投用和切除及手動停機等的操作按鈕為了安全起見，操作時彈出對話框，經過二次確認后再將結果送出。這樣，聯鎖邏輯圖比較清晰，操作人員不會誤操作，提高了操作人員的操作可靠性。

第一事故記錄，當聯鎖發生后，在邏輯圖上顯示第一個觸發聯鎖的條件，方便操作人員快速找到事故原因，處理好后，快速恢復生產。

3.5　控制操作畫面

控制操作畫面充分考慮了操作時要參考的信息，提高了操作的可靠性。如：機組啟動和速度控制畫面，將啟動順序邏輯實時數據曲線相關工藝參數顯示在一起，通過控制操作輸入和操作按鈕結合和調整工藝控制，操作信息明了，方便操作決策。

其他控制操作，最大可能的將操作決策信息放在控制操作畫面上，為操作人員正確決策和快速準確處理提供基礎條件。

4　完善報警管理

CCS系統的報警分為過程數據報警和系統報警。

系統報警是系統卡件和回路的硬件狀態報警，CCS系統的硬件由于是三重冗余的，一般都會在故障前會有明確的報警提示，留給用戶在線更換卡件或通過強制故障回路點后處理回路故障的時間。早發現系統故障是避免事故的關鍵。系統硬件狀態通過系統內部函數編寫硬件報警邏輯，直接顯示在報警畫面上，編制通訊狀態程序實現網絡通訊報警。電源狀態和機柜風扇狀態都在系統報警中顯示，提高了硬件的可靠使用。

過程數據報警是工藝參數出現了超出設計的正常條件，如測量值達到報警限定值，測量回路出現開路等，用于提醒操作人員，調整操作恢復到正常值。目前裝置都實行通崗操作，一個操作員同時監控幾個崗位，在出現工藝波動混亂的情況下，報警過多，會造成操作人員來不及查看，不能分清重要的和一般的報警，耽誤寶貴的處理時機。在CCS系統組態時，對機組報警進行分類，將相互有關聯的參數為一組，按照參數重要性分等級，根據組態取出各個功能塊的報警標志。使用畫面腳本VB進行編程，一旦檢測到有報警信息，按照不同的級別和區域彈出報警窗口和操作提示，為操作人員及時發現報警和處理報警提供最好的輔助。

這樣進行組態，可以對報警進行有效的管理，操作人員迅速地找到報警點，有效地進行處理，大大提高了操作的安全可靠性。

5　完整的制操作記錄

通過下位程序和上位畫面的腳本編程，對每個操作站的每次控制操作都做了操作記錄。操作人員為此上崗時要登陸自己的操作密碼，以后的所有控制操作的內容和時間都詳細記錄。通過操作記錄可以分析操作人員操作的合理性，為找到最佳操作方法提供了條件。

6　結語

煤化工廠每次大的工藝波動或意外停車事故，都會造成很大的經濟損失，操作人員沒有正確反應或錯誤的操作是引起安全事故的重要原因。通過利用CCS系統的組態功能及上位畫面腳本編程有效地結合，精心進行組態，用程序自動防止操作失誤。操作面板的優化及報警分類管理的實現，大大提高了操作質量，避免誤操作的可能性，從而達到保障安全生產及保障經濟效益的目的。

摘自2016年《今日自動化技術應用在中國》