MTP裝置烴壓縮機(jī)安全繼電器的控制策略優(yōu)化*

李 文 蘭向軍 張 冰 張新民

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司)

MTP裝置烴壓縮機(jī)安全繼電器的控制策略優(yōu)化*

李 文 蘭向軍 張 冰 張新民

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司)

針對MTP裝置烴壓縮機(jī)安全繼電器存在的輸入回路接線復(fù)雜、端子松動、控制程序邏輯不完備和高頻誤動作問題，提出安全繼電器硬件控制回路與邏輯優(yōu)化、軟件控制邏輯優(yōu)化策略。優(yōu)化改造后，降低了安全繼電器誤動作的頻率。

烴壓縮機(jī) MTP裝置 安全繼電器 硬件回路接線 軟件邏輯優(yōu)化

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司年產(chǎn)50萬噸煤基烯烴項目甲醇制丙烯裝置(簡稱MTP裝置[1])采用德國魯奇技術(shù)，是世界上第1套工業(yè)化應(yīng)用的煤基烯烴裝置，于2010年8月建成并投產(chǎn)[2]。全裝置有兩臺透平壓縮機(jī)和6臺成套小壓縮機(jī)。其中烴和丙烯透平壓縮機(jī)是MTP裝置的“心臟”，任意一臺壓縮機(jī)停機(jī)都會導(dǎo)致全裝置停車，并造成物料回流打循環(huán)和放火炬。

1 項目背景與改造目的

MTP裝置自開車至今，烴壓縮機(jī)PilZ安全繼電器發(fā)生兩次故障。同時由于安全繼電器故障信號604XS5126A/B參與壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖，而聯(lián)鎖觸發(fā)的結(jié)果是防喘振閥電磁閥失電、閥門打開，速關(guān)油電磁閥關(guān)閉，最終導(dǎo)致烴壓縮機(jī)跳車。因此，對聯(lián)鎖信號參與安全繼電器回路的控制策略進(jìn)行優(yōu)化改造，以確保不因安全繼電器故障而影響烴壓縮機(jī)長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的。

2 PilZ安全繼電器工作原理與回路接線

PilZ安全繼電器是一款多功能、可自由配置的模塊化安全系統(tǒng)，由一個基礎(chǔ)模塊和若干個擴(kuò)展模塊組成[3]，具有冗余雙通道輸入、輸出功能。它配置了具有隔離和增加輔助接點功能的繼電器模塊(由幾個繼電器與電路組合而成)，目的是互補(bǔ)彼此的異常缺陷，降低誤動作率。

2.1工作原理

安全繼電器通常由鐵芯、線圈、銜鐵和觸點彈簧片組成。當(dāng)在線圈兩端施加一定的電壓時，線圈就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁吸引力的作用下克服彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁吸引力隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與靜觸點斷開。如此吸合與釋放，從而達(dá)到導(dǎo)通與切斷的目的。

2.2引腳功能與回路接線

安全繼電器(圖1)由主功能模塊SR和擴(kuò)展功能模塊EX兩部分組成：SR模塊集聯(lián)鎖信號輸入、被控對象信號輸出與復(fù)位功能于一體；EX模塊具有單雙通道輸入、多信號輸出控制功能。

當(dāng)安全繼電器處于運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)時，安全觸點閉合，電源Power燈綠色表示電源供電正常，通道1、通道2的指示燈綠色表示安全輸入回路正常，輔助觸點41-42斷開。如果輸入回路斷開，則安全輸出觸點13-14、23-24、33-34也斷開，輔助觸點41-42閉合，狀態(tài)指示燈熄滅。

安全繼電器有3種輸入回路接線方式：

a. 單通道輸入。S21-S22短接，將急停按鈕常閉觸點連接至S11-S12。

b. 雙通道輸入，無短路檢測。短接S21-S22，將急停按鈕的常閉觸點連接至S11-S12和S11-S32。

c. 雙通道輸入，有短路檢測。短接S11-S12，將急停按鈕的常閉觸點連接至S21-S22和S31-S32。

圖1 安全繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

安全繼電器主副模塊各引腳端子的含義見表1。

表1 安全繼電器主副模塊各引腳端子含義

3 PilZ安全繼電器硬件控制回路與邏輯優(yōu)化

3.1硬件控制回路分析

安全繼電器原設(shè)計輸入控制回路框圖如圖2所示。MTP裝置急停信號功能由兩塊冗余安全繼電器實現(xiàn)，即主功能模塊SR01、SR02采用雙通道輸入法串接三重化數(shù)字輸入急停信號：操作盤急停按鈕信號、輔操臺急停信號和機(jī)柜間急停信號串接到一入兩出安全繼電器，其中一組直接經(jīng)Triconex數(shù)字輸入卡參與ITCC三取二邏輯實現(xiàn)聯(lián)鎖停車，另一組接到安全繼電器第1通道S11-S12；本特利振動信號、超速保護(hù)信號與ITCC跳車信號串接后，一組直接參與ITCC三取二邏輯實現(xiàn)聯(lián)鎖停車，另一組接到安全繼電器第2通道S21-S22，由兩組安全繼電器實現(xiàn)硬件冗余聯(lián)鎖跳車功能。安全繼電器主功能模塊SR01、SR02輸出的常開觸點13-14、23-24、33-34控制6臺速關(guān)油電磁閥，擴(kuò)展模塊EX01、EX02輸出的常開觸點13-14、23-24、33-34控制3臺防喘振閥的6個電磁閥，安全繼電器單故障信號參與ITCC聯(lián)鎖停車邏輯。

圖2 安全繼電器原設(shè)計輸入控制回路框圖

由圖2可知，本設(shè)計主要缺陷是：急停信號硬件串接接線復(fù)雜，存在接線端子松動、虛接和誤接的隱患，任意一個急停信號故障都會引起壓縮機(jī)停機(jī)；安全繼電器故障信號是單點聯(lián)鎖，任意一個繼電器故障都會觸發(fā)聯(lián)鎖誤動作停機(jī)。為此，將安全繼電器輸入的各停車信號硬件聯(lián)鎖功能轉(zhuǎn)化為由ITCC軟件邏輯組態(tài)聯(lián)鎖實現(xiàn)停機(jī)，以有效降低壓縮機(jī)誤停機(jī)的風(fēng)險。

3.2邏輯優(yōu)化

在符合工程應(yīng)用的前提下，以安全穩(wěn)定運(yùn)行為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計一套以軟件程序組態(tài)為主、硬件連接為輔的安全繼電器輸入控制回路(圖3)，徹底規(guī)避因安全繼電器故障單點聯(lián)鎖或硬件多級串接接線松動而導(dǎo)致的壓縮機(jī)誤停機(jī)。

圖3 優(yōu)化后的安全繼電器輸入控制回路框圖

將各急停按鈕直接輸入至安全繼電器的信號取消，在ITCC程序中優(yōu)化急停信號三取二的控制邏輯。安全繼電器的輸入端僅保留ITCC聯(lián)鎖邏輯停機(jī)的4組信號(A、B、C、D)，A、C兩組信號分布在同一DO卡并連接至SR01的第2通道S21-S22，B、D兩組信號分布在同一DO卡并連接至SR02的第2通道S21-S22，將SR01、SR02的空通道S11-S12短接，輸出通道接線保持不變。同時，在ITCC組態(tài)中將兩個繼電器故障信號做二取二聯(lián)鎖邏輯。

4 PilZ安全繼電器軟件控制邏輯優(yōu)化

MTP裝置烴壓縮機(jī)的ITCC控制采用三重化冗余結(jié)構(gòu)，易于組態(tài)，且性能安全穩(wěn)定的TRICON控制器。Tristation 1131支持3種遵循IEC 1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程語言：功能塊語言、梯形圖語言和結(jié)構(gòu)文本語言。筆者采用功能塊語言編程實現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯表決功能，繼電器輸入信號表決邏輯如圖4所示。在ITCC程序中分別對三重化信號(急停按鈕、速度、振動)進(jìn)行三取二表決，即A、B、C3個信號兩兩相或運(yùn)算后再進(jìn)行與邏輯運(yùn)算，最后再對現(xiàn)場急停604HS5602、MTP機(jī)柜間急停604ES5603、中控輔操臺急停604XS60415、本特利超速保護(hù)604SXHH5602和振動604VSHH5100這5組信號進(jìn)行與邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為0時觸發(fā)聯(lián)鎖，同時結(jié)果經(jīng)A、B、C、D4個通道輸出至安全繼電器主模塊SR01、SR02的第2通道。

圖4 繼電器輸入信號表決邏輯

另外，在ITCC監(jiān)控畫面醒目位置為安全繼電器運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置報警指示，操作人員可以通過顯示器監(jiān)控安全繼電器的運(yùn)行狀況，當(dāng)繼電器運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障或接線松動時，監(jiān)控畫面會出現(xiàn)報警閃爍，提醒操作人員及時采取措施排除故障，保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行。

5 應(yīng)用效果

基于上述分析，在MTP裝置大檢修期間對烴壓縮機(jī)安全繼電器硬件回路接線和軟件控制邏輯進(jìn)行了改造與優(yōu)化。優(yōu)化后，裝置運(yùn)行至今未發(fā)生由于安全繼電器故障而導(dǎo)致的烴壓縮機(jī)跳車事故，避免了機(jī)組損傷和人員傷亡事故的發(fā)生。聚丙烯單產(chǎn)53t/h，價格每噸0.8萬元，從停機(jī)到啟機(jī)正常運(yùn)行至少需要3h，則優(yōu)化改造后每年減少直接經(jīng)濟(jì)損失約127.2萬元，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，針對安全繼電器控制策略的改進(jìn)與優(yōu)化是可行的。

6 結(jié)束語

筆者采用降低安全繼電器硬件回路接線復(fù)雜度和優(yōu)化軟件控制策略的方案，簡化了安全繼電器輸入回路繁雜的硬件接線，降低了繼電器的故障率，使得安全繼電器故障不再影響烴壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。通過簡單、直觀的監(jiān)控畫面報警提醒，操作人員能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)繼電器運(yùn)行狀態(tài)故障，以便及時排查故障原因并采取有效措施，確保了壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，實現(xiàn)了裝置安全生產(chǎn)的要求，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)標(biāo)奠定了堅實基礎(chǔ)。

[1] 許力強(qiáng),徐亞昆,呼宏安.針對GSP氣化爐運(yùn)行參數(shù)波動的控制策略優(yōu)化改造[J].化工自動化及儀表,2013,40(11):1440～1441.

[2] 蘇慧,江永軍,雍曉靜.優(yōu)化系統(tǒng)操作提高M(jìn)TP反應(yīng)丙烯收率的研究[J].廣州化工,2013,41(23):138～139.

[3] 鄒陽方,孫長春,張文宏.PNOZmulti模塊化安全繼電器在涂裝車間的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2008,(11):33～36.

李文(1985-)，工程師，從事壓縮機(jī)及其控制系統(tǒng)的研究，liwen219@126.com。

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