分油機(jī)排渣罐加熱器控制缺陷及優(yōu)化

陳偉杰，蔣志超，張洪新

［中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300452］

1 項(xiàng)目背景

分油機(jī)排渣罐因?yàn)橹挥袩犭娮鑀T100來控制加熱器的啟停，液位低報(bào)作為保護(hù)停加熱器；在本地PLC以及中控均沒有溫度顯示，在冬季尤其是分油機(jī)備用時(shí)，容易造成排渣罐內(nèi)液體結(jié)凍，影響分油機(jī)的使用，增加溫度變送器后可以在中控實(shí)時(shí)監(jiān)控分油機(jī)排渣罐的溫度，溫度低時(shí)可以及時(shí)采取措施。另外使用新的變送器溫度報(bào)警點(diǎn)啟停加熱器，原來熱電阻依然能夠啟停加熱器，作為第二重保護(hù)，調(diào)整液位開關(guān)位置，避免加熱器干燒。

分油機(jī)原PLC為AB SLC 5/04系列，硬件IO點(diǎn)數(shù)不足，現(xiàn)有條件不能滿足將溫度變送器接入本地PLC控制系統(tǒng)內(nèi)。如果要將溫度變送器加入本地控制盤，就需要增加PLC卡件和背板，花費(fèi)較大，不能達(dá)到質(zhì)量效益的目標(biāo)。原分油機(jī)PLC與中控DCS系統(tǒng)通過Modbus RS485通訊，采取將變送器介入DCS系統(tǒng)中，并將該信號增加到原來的通訊中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制加熱器的目的。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，DCS系統(tǒng)卡件有空余通道可以使用。

Modbus 是OSI模型第7層上的應(yīng)用層報(bào)文傳輸協(xié)議，它在連接至不同類型總線或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備之間提供客戶經(jīng)理/服務(wù)器通信[1]。Modbus協(xié)議可以方便地在各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行通訊，見圖1。Modbus協(xié)議又分MODBUS RTU，MODBUS ASCII和后來發(fā)展的MODBUS TCP三種模式。其中前兩種（MODBUS RTU，MODBUS ASCII）所用的物理硬件接口都是串行（Serial）通訊口（RS232，RS422，RS485）。而MODBUS TCP的硬件接口是以太網(wǎng)（Ethernet），也就是電腦上一般用的網(wǎng)絡(luò)口了。典型的Modbus網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Modbus網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的示例

DCS系統(tǒng)和分油機(jī)PLC采用的是Modbus RS485通訊，可以很方便地?cái)U(kuò)展。

2 原始設(shè)計(jì)

分油機(jī)PLC程序中可以看到，原來的排渣罐加熱器的啟動(dòng)條件有以下3個(gè)：①現(xiàn)場控制面板允許按鈕為ON時(shí)；②排渣罐的低液位開關(guān)未報(bào)警時(shí)；③加熱器溫度未達(dá)到報(bào)警值。只有同時(shí)滿足這3個(gè)條件排渣罐加熱器才會(huì)啟動(dòng)，也就是說當(dāng)排渣罐液位低或者加熱器溫度達(dá)到報(bào)警值時(shí)加熱器都不會(huì)有啟動(dòng)信號，而低液位開關(guān)也是排渣泵停泵的開關(guān)，所以低液位是常態(tài)。圖2為加熱器控制邏輯梯形圖。

圖2 加熱器控制邏輯

從圖3可以查到，加熱器的PT100熱電阻接到一個(gè)溫度繼電器，由溫度繼電器輸出高溫報(bào)警至PLC，另一組觸點(diǎn)輸出控制加熱器。

圖3 加熱器控制電氣接線圖

這樣的控制方式保證了加熱器在工作時(shí)安全性，但是在冬季，分油機(jī)備用時(shí)，而恰巧排渣罐的液位低時(shí)，加熱器不工作，就容易造成排渣罐液體結(jié)冰，造成凍堵，而PT100的溫度沒有在現(xiàn)場PLC以及中控顯示，就不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)凍堵的現(xiàn)象。增加一個(gè)溫度變送器來監(jiān)控溫度變化非常有必要。將該溫度變送器的信號引入中控進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警值，做好歷史趨勢，同時(shí)利用溫度變送器優(yōu)化加熱器控制邏輯，做好加熱器保護(hù)。

3 存在的問題

現(xiàn)場控制盤PLC已經(jīng)沒有備用的AI點(diǎn)，增加硬件成本太高，也沒有足夠的空間；排渣罐本體較小，已經(jīng)沒有多余的空間安裝現(xiàn)場儀表；液位開關(guān)的高度是固定不能調(diào)節(jié)的，液位開關(guān)低報(bào)時(shí)，排渣罐的液位不能完全覆蓋加熱器。

4 改造目標(biāo)

增加溫度變送器后，能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控排渣罐的溫度，設(shè)置報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)歷史趨勢查詢功能；

充分利用原PLC與中控PCS系統(tǒng)串口通信，將溫度變送器信號加入加熱器控制中，優(yōu)化排渣罐加熱器控制邏輯，合理設(shè)置啟停溫度，避免冬季時(shí)排渣罐發(fā)生凍堵的情況；

保證加熱器的安全運(yùn)行，避免加熱器干燒；

改造中減少采購備件，盡量利用原來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 目標(biāo)。

5 現(xiàn)場安裝

焊接溫井固定法蘭，將原來水排放開口的法蘭從排渣罐上拆下來，拿到熱工棚進(jìn)行焊接作業(yè)，將固定的法蘭焊接到開口處，法蘭焊接解決了溫井安裝的問題。變送器安裝，將溫井安裝在焊接的法蘭上，注意使用長短合適的螺栓以及符合磅級要求的墊片，將變送器安裝到溫井上；電纜敷設(shè)，敷設(shè)電纜需要從主甲板穿到中甲板，接入中間接線箱，對敷設(shè)好的電纜進(jìn)行校線，檢查無短路斷路之后，接到變送器上；變送器接入PCS控制系統(tǒng)，設(shè)置變送器量程、單位等。

6 優(yōu)化邏輯

中控組態(tài)，對相應(yīng)的AI卡通道進(jìn)行激活，分配位號，新建控制模塊，并在控制模塊中分配IO通道，設(shè)置量程、報(bào)警值等信息，組態(tài)歷史趨勢，在畫面組態(tài)中組態(tài)FACEPLATE，DETAIL等，修改原始畫面；圖4為中控畫面組態(tài)及面板顯示。

圖4 中控組態(tài)界面及面板

利用新安裝的溫度變送器、低報(bào)警值作為加熱器的啟動(dòng)信號，高報(bào)警值作為加熱器的啟動(dòng)停止信號，作為保護(hù)當(dāng)溫度變送器PV BAD時(shí)，加熱器不能啟動(dòng)；

將啟動(dòng)停止信號和保護(hù)信號打包送到分油機(jī)現(xiàn)場控制盤的PLC；

分油機(jī)現(xiàn)場控制盤PLC程序修改如下：取消低液位開關(guān)連鎖，增加溫度變送器控制點(diǎn)和溫度變送器PV BAD保護(hù)。修改之后加熱器啟動(dòng)條件為：現(xiàn)場控制面板允許按鈕為ON時(shí)；排渣罐溫度變送器溫度未高報(bào)時(shí)；加熱器自帶溫度傳感器PT100未達(dá)到報(bào) 警值。

7 完善保護(hù)

將溫度變送器的PV BAD時(shí)的情況考慮到日常運(yùn)行中，作為加熱器的連鎖條件，此項(xiàng)保護(hù)在中控組態(tài)時(shí)已經(jīng)完成；

將現(xiàn)場的兩個(gè)液位開關(guān)237A和237B位置提高。原因：液位開關(guān)低報(bào)（3英寸）時(shí)液位是低于加熱棒（經(jīng)測量整體高度為5英寸）的，在改造后就容易“干燒”。為了節(jié)約開支，不必訂購新的液位開關(guān)，只需要提高液位開關(guān)的位置，從而達(dá)到改變設(shè)定值的目的。圖5為液位開關(guān)現(xiàn)場安裝示意圖。

圖5 液位開關(guān)安裝示意圖

雖然取消了液位低的保護(hù)，但是鑒于通過提高液位開關(guān)位置使液位低報(bào)時(shí)加熱器仍然能夠全部浸沒在液體之中，加上原來就存在的PT100高報(bào)保護(hù)與現(xiàn)有的溫度變送器高報(bào)保護(hù)，中控的實(shí)時(shí)監(jiān)控，更加能夠滿足加熱器的正常安全運(yùn)行。

8 結(jié)論與認(rèn)識

改造完成之后，分油機(jī)排渣罐加熱器運(yùn)行平穩(wěn)，已經(jīng)通過了冬季寒冷的考驗(yàn)。增加溫度變送器后，做到了實(shí)時(shí)監(jiān)控排渣罐的溫度，排渣罐加熱器啟停溫度可以設(shè)置，實(shí)現(xiàn)歷史趨勢查詢功能。通過摸索，考慮溫度測量存在一定的滯后性，最終確定溫度變送器報(bào)警值低報(bào)5℃高報(bào)15℃時(shí)，實(shí)現(xiàn)加熱器啟停，能夠保證排渣罐的溫度在5～22℃。將近一年的運(yùn)行，未出現(xiàn)過加熱器溫度超高或者干燒的現(xiàn)象。

在冬季，室外達(dá)到-10℃的天氣條件下也沒有影響到排渣罐的溫度控制，排渣罐溫度一直穩(wěn)定在5℃以上，達(dá)到了改造的目的。圖6為改造后排渣罐溫度趨勢曲線。

圖6 改造后排渣罐溫度趨勢曲線

9 結(jié)論

通過此次改造，認(rèn)識到現(xiàn)場一些重要參數(shù)實(shí)施監(jiān)控的重要性。對加熱器控制邏輯的優(yōu)化體現(xiàn)了自動(dòng)控制的重要性和可靠性是相輔相成的，優(yōu)化控制邏輯既要保證現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行，更要保證設(shè)備的安全 運(yùn)行。

在實(shí)踐中可以通過簡單的方法節(jié)約改造的成本，比如提高液位開關(guān)的位置。另外PLC與DCS之間的通訊解決了PLC硬件IO點(diǎn)數(shù)不足的問題，既為今后解決問題提供了一個(gè)重要的方向，又減少了增加硬件的成本。