化工廠大芳烴裝置壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的升級改造

董廣鳳

（天津津濱石化設(shè)備有限公司芳烴保運分公司，天津 300270）

天津石化公司化工廠大芳烴裝置共有三臺離心式壓縮機(jī)，是大芳烴裝置非常重要的設(shè)備，每臺機(jī)組的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)由以下幾個部分組成：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制、氣路系統(tǒng)、控制油和潤滑油系統(tǒng)、蒸汽疏水系統(tǒng)、干氣密封系統(tǒng)、軸系機(jī)械量監(jiān)測系統(tǒng)、汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)等。離心式壓縮機(jī)是以蒸汽透平為動力的壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)速高，如果運行出現(xiàn)異常，又不能及時聯(lián)鎖停機(jī)，將發(fā)生嚴(yán)重的設(shè)備事故。因此大型機(jī)組的現(xiàn)場儀表、監(jiān)測、控制、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)都要安全可靠，才能保證壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運行。目前大芳烴裝置的壓縮機(jī)控制系統(tǒng)采用的是美國Triconex公司的TS3000控制系統(tǒng)，它是目前在石油化工等應(yīng)用廣泛的三重冗余容錯控制系統(tǒng)之一。

一、TRICON 三重冗余容錯控制系統(tǒng)簡介

TRICON是基于三重模件冗余（TMR）結(jié)構(gòu)的容錯控制器。它將三路隔離、并行的控制系統(tǒng)和診斷集成在一個系統(tǒng)中，三個主處理器的控制程序是同時運行的，輸入模件通過FTA從現(xiàn)場采集信號，信號在輸入模件中被隔離成三路，每個輸入模件都包括三個單獨的引線（獨立的通道），每個引線采集輸入信號后，并通過I/O總線把信息傳遞到它們各自的主處理器。當(dāng)信息傳遞到主處理器時，通過控制程序的循環(huán)運行處理這些信息，同時每個主處理器通過TRIBUS總線把輸入信號傳送到其他的主處理器進(jìn)行比較，如果三個信號不一致，則采用相同的兩個信號。主處理器的數(shù)據(jù)輸出通過I/O總線的三個通道，被送到輸出模件，并在輸出模件中進(jìn)行表決，表決后的輸出信號去控制現(xiàn)場的調(diào)節(jié)閥、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

二、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)存在問題

圖1 TMR結(jié)構(gòu)示意圖

由沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠自控分公司設(shè)計集成的兩套TRICON ITCC系統(tǒng)分別用于K201和K501機(jī)組的控制和保護(hù)，兩臺操作站和一臺工程師站上位機(jī)人機(jī)界面（HMI）采用iFIX軟件，HMI與TRICON控制器之間采用MODBUS通信協(xié)議，操作站的操作系統(tǒng)是WIN2000 SP4，工程師站的操作系統(tǒng)是WIN2000 SP4，編程組態(tài)站安裝了Win2000 SP4和DOS6.0兩套操作系統(tǒng)，從1998年投用至今運行基本穩(wěn)定，但TRICON控制系統(tǒng)存在以下問題。

（1）編程組態(tài)軟件為基于DOS 系統(tǒng)平臺下的MSW TMC312版，由于版本較早沒有SOE功能（事件順序記錄），一旦發(fā)生非計劃停車，就沒有第一手?jǐn)?shù)據(jù)來借以分析原因，也給以后機(jī)組的穩(wěn)定運行帶來一定隱患。

（2）由于原來壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的PLC邏輯梯形圖相當(dāng)復(fù)雜，既包括汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，又包括壓縮機(jī)的聯(lián)鎖停車控制，可讀性差，日常維護(hù)困難。

（3）由于通信速度的問題經(jīng)常會造成短時間數(shù)據(jù)交換的停頓或者滯后。

因此，利用2009年設(shè)備檢修的機(jī)會完成了TRICON PLC控制系統(tǒng)的升級改造。

三、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)升級改造內(nèi)容

1.硬件

（1）為了適應(yīng)在Windows下運行TriStation1131軟件，將現(xiàn)有的6塊3006主處理器（版本為V9）更換為3008主處理器（版本為V10.1）。

（2）升級系統(tǒng)通信方式，采用TCP/IP通信方式取代RS485的Modbus通信方式，原來每套控制系統(tǒng)中的智能通信卡EICM4119A 更換為通信卡TCM4351A（兼有TCP/IP 和Modbus口），并安裝一臺路由器。通信方式的升級是控制系統(tǒng)增加SOE功能的前提。相應(yīng)的上位機(jī)操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換程序由Modbus改成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換程序，上位機(jī)數(shù)據(jù)庫格式更新成與之對應(yīng)的新格式。圖2和圖3是壓縮機(jī)控制系統(tǒng)通信方式改造前后的示意圖。

圖2 改造前的通信方式結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 改造后的通信方式結(jié)構(gòu)示意圖

（3）由于現(xiàn)有兩套控制系統(tǒng)的脈沖輸入PI卡件（型號3510）不能進(jìn)行版本升級(共3塊)，所以更換該卡件為系統(tǒng)升級后能兼容的脈沖輸入PI卡件（型號3511）。

（4）更新一臺工程師站，安裝WinXP SP2操作系統(tǒng)。

（5）所有I/O卡件的版本管理器（EPROM）更新了版本，保證系統(tǒng)的兼容性。

（6）增加了用于TCP/IP通信的HUB（或者SWITCH）、RJ45網(wǎng)線等附屬設(shè)備。

2.軟件

（1）在工程師站新主機(jī)中安裝WINXP SP2操作系統(tǒng)、TriStation1131（V4.1版）邏輯組態(tài)軟件、SOE（V4.0版）事件順序記錄軟件、上位機(jī)組態(tài)軟件iFIX3.5，拷貝人機(jī)界面HMI及邏輯程序等用戶程序。

（2）將MSW程序升級為以Windows為操作平臺的TriStation1131組態(tài)軟件，按照舊的MSW程序的所有控制邏輯功能及參數(shù)，用TriStation1131組態(tài)軟件重新組態(tài)編程。

（3）增加SOE功能，兩套控制系統(tǒng)共用1套SOE軟件，選用了與主處理器3008及TriStation1131v4.1相匹配的SOE軟件。TriStation1131的邏輯程序中增加了SOE啟動、停止、清除等控制邏輯，對需要進(jìn)入事件記錄的參數(shù)按照工藝的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分組，組建了不同的SOE block，然后在各個組中進(jìn)行SOE點的組態(tài)。

升級后的PLC新增的SOE功能將所有的儀表報警按照時間先后順序記錄下來，為查找事故原因提供了幫助。

（4）原來操作站上位機(jī)的HMI與TRICON之間的通信方式是Modbus通信協(xié)議，將其改成了TCP/IP通信方式，在計算機(jī)上安裝了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換程序，對iFIX原有數(shù)據(jù)庫的Modbus地址全部進(jìn)行了更新以適應(yīng)新的通信方式。

（5）修改、增加了部分TRICON聯(lián)鎖邏輯程序及上位機(jī)HMI畫面。

3.調(diào)試內(nèi)容

（1）上位機(jī)與TRICONPLC之間輸入輸出點的對應(yīng)關(guān)系。

（2）TRICONPLC與現(xiàn)場儀表之間的對應(yīng)關(guān)系。

（3）TRICONPLC的聯(lián)鎖邏輯程序。

（4）汽機(jī)調(diào)速的控制程序。

（5）SOE的事件順序記錄邏輯程序等。

四、關(guān)鍵技術(shù)及難點

此次改造的重點和難點就是要將原來PLC程序的邏輯梯形圖改成功能塊邏輯圖，只能靠人工來進(jìn)行修改，工作量很大。在PLC程序中的汽輪機(jī)調(diào)速控制程序是最重要的一部分，包括停機(jī)、準(zhǔn)備啟動、啟動、暖機(jī)、加速、運行、超速試驗、轉(zhuǎn)速控制等程序，經(jīng)過修改、調(diào)試，達(dá)到了工藝要求。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控畫面的汽機(jī)調(diào)速畫面中有一些子圖出現(xiàn)的順序有問題，經(jīng)過修改PLC程序，問題得以解決。

五、結(jié)束語

升級后的TRICON PLC控制系統(tǒng)運行可靠，運行1年多，控制系統(tǒng)未出現(xiàn)任何問題。

該控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，在石油化工裝置的安全儀表系統(tǒng)SIS/ESD、火災(zāi)及氣體檢測保護(hù)系統(tǒng)FGS、大型透平壓縮機(jī)組綜合控制系統(tǒng)ITCC等有廣泛的應(yīng)用。

此次改造只對控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，機(jī)械部分未改動。