輕烴制冷FSC 系統(tǒng)的改造完善研究

濮興林

（新疆鄯善吐哈油田油氣生產(chǎn)服務(wù)中心，新疆 鄯善 838202）

丘陵輕烴的制冷機FSC 系統(tǒng)，建設(shè)初期至今，控制系統(tǒng)暴露出許多不足及問題，主要有：（1）參數(shù)上傳不完整。（2）很多溫度、壓力信號通過9632 可編程模塊轉(zhuǎn)換成開關(guān)量，在FSC 系統(tǒng)中做連鎖，無法直觀、準(zhǔn)確地反映造成連鎖停機的具體模擬量數(shù)值，不方便故障診斷。（3）ABB 的10kV 高壓電機的3 相軸承溫度及9個重要的Bently 振動信號無數(shù)據(jù)監(jiān)控。（4）部分傳感器已老化或損壞。須著手解決：①重要參數(shù)的顯示和上傳，將這些運行參數(shù)本地顯示并上傳至中控室集中監(jiān)控。②實現(xiàn)設(shè)備運行參數(shù)的數(shù)據(jù)分析、故障追憶、歷史查詢等功能。③更換部分已損壞或老化的變送器或傳感器。④整合制冷機、原穩(wěn)氣和4 號原料氣壓縮機的上位系統(tǒng)。

1 問題分析

1.1 改造原因

鄯善采油廠丘陵LPG 裝置制冷機控制系統(tǒng)及其配套儀表已經(jīng)使用多年，隨著采油廠設(shè)備管理的不斷細化，該系統(tǒng)除了功能存在明顯缺陷外，連鎖報警控制器、現(xiàn)場監(jiān)測儀表等設(shè)備老化現(xiàn)象較為突出，已不能完全適應(yīng)大型機組安全運行的需求。隨著控制技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們對工業(yè)安全、設(shè)備管理理念的不斷認識，現(xiàn)有的控制設(shè)備已不能滿足機組運行和管理的需要，因此有必要對以上涉及壓縮機的控制系統(tǒng)進行技術(shù)更新和改造，實現(xiàn)工業(yè)級壓縮機設(shè)備的安全運行和優(yōu)化管理。

1.2 現(xiàn)狀分析

鄯善采油廠丘陵LPG 裝置制冷機壓縮機為美國York公司產(chǎn)品，動力為ABB 公司的高壓電機（10kV），通過齒輪箱變速后（11700RPM）驅(qū)動壓縮機實現(xiàn)制冷功能，原系統(tǒng)包括壓力，差壓開關(guān)輸入，RTD 輸入，液位開關(guān)輸入，本特利3300 徑向和軸向位移監(jiān)測系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)基本能夠滿足制冷機組的監(jiān)控需求，對操作運行和設(shè)備管理人員來講，它存在諸多方面的功能不足，主要缺點有：（1）壓力、溫度、液位及報警開關(guān)等變送器或傳感器部分已損壞或老化。（2）數(shù)據(jù)遠程通訊功能不完善，不利于管理人員及操作人員快速及時地發(fā)現(xiàn)故障。（3）無法實現(xiàn)設(shè)備運行參數(shù)的數(shù)據(jù)分析、故障追憶、歷史查詢等功能。（4）控制柜及操作面板等屬于早期產(chǎn)品，現(xiàn)場操作、故障排查及維護保養(yǎng)均不方便。

2 改造方案

S7-300 可編程控制器的控制柜代替老式的控制柜、淘汰原柜體的全部儀表，選用西門子TP270 觸摸屏作為現(xiàn)場監(jiān)控人機界面、西門子的STEP7 作為PLC 的編程軟件。S7-300 可編程控制器提供MPI、PROFIBUS-DP 和工業(yè)以太網(wǎng)等多種通訊接口以便和中控室工控機進行通訊連接，在中控室上位機Wincc 組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)組態(tài)軟件，從而完成對壓縮機機組的遠程監(jiān)控，并滿足用戶所提出的所有要求及功能。

3 系統(tǒng)功能部分

利用西門子S7-300PLC 和TP270 觸摸屏系統(tǒng)對原系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)自動監(jiān)控各類模擬和數(shù)字輸入信號。通過分級別密碼確認方式完成報警參數(shù)的設(shè)置、提供MPI 編程電纜以便用便攜式PC 在現(xiàn)場進行編程調(diào)試并提供一塊程序存儲卡對程序存儲。如圖1 所示。

圖1 S7-300PLC

（1）模塊化中小型PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。（2）大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù)。（3）由于簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活。（4）簡易的無風(fēng)扇設(shè)計。（5）當(dāng)控制任務(wù)增加時，可自由擴展。（6）由于大范圍的集成功能使得它功能非常強勁。

4 通訊功能部分

S7-300 系統(tǒng)集成有MPI、PROFIBUS/DP 通訊方式、工業(yè)以太網(wǎng)3 個通訊方式，其中MPI 通訊端口可通過MPI 編程電纜與便攜式電腦串口連接從而實現(xiàn)現(xiàn)場PLC程序的下載/上傳及調(diào)試，現(xiàn)場參數(shù)進入S7-300PLC 后，通過工業(yè)以太網(wǎng)（通訊介質(zhì)采用光纖）傳至中控室進行集中監(jiān)控。

5 軟件功能部分

Wincc 組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)對該壓縮機的監(jiān)控程序，該程序?qū)崿F(xiàn)的功能如下。

（1）主畫面。（2）發(fā)動機參數(shù)監(jiān)控畫面。（3）工藝參數(shù)設(shè)定值畫面。（4）壓縮機參數(shù)監(jiān)控畫面。（5）報警顯示畫面。（6）歷史記錄查詢，第一報警記錄優(yōu)先顯示以便對壓縮機故障進行分析。（7）報表功能（實時報表和歷史報表）。（8）趨勢圖功能。（9）改造后，本監(jiān)控系統(tǒng)具有報警記錄、開機記錄、運行記錄的查詢及各參數(shù)的實時監(jiān)測。（10）工藝參數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)單位、機組信息中文顯示，如圖2 所示。

圖2 梯型流程圖

對老化的變送器和傳感器進行更換。所有的變送器或傳感器信號接入PLC 系統(tǒng)，由PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)壓縮機現(xiàn)場參數(shù)的連鎖、報警等功能，現(xiàn)場連鎖控制方案保持原設(shè)計方案不變。同時，PLC 系統(tǒng)通過MPI 電纜與觸摸屏連接、通過工業(yè)以太網(wǎng)（介質(zhì)光纖）將壓縮機所有的參數(shù)上傳到中控室，同時可在觸摸屏上顯示所有參數(shù)及連鎖有關(guān)的報警信號。如圖3 所示。

圖3 制冷機主畫面

撤除原有的控制柜，增加一臺不銹鋼正壓防爆型、并具有一定的防水功能的控制柜，控制柜里安裝進口防爆型加熱系統(tǒng)。

6 信號功能部分

熱電阻實施方案，現(xiàn)場熱電阻信號到S7300PLC，控制器的信號在觸摸屏就地顯示，遠傳中控室的信號通過信號分配器一路到上位機，另一路通過數(shù)字量輸出模塊模擬量轉(zhuǎn)換成開關(guān)量進入現(xiàn)有的FSC，起到連鎖保護的作用。開關(guān)量實施方案，現(xiàn)場的開關(guān)量，開關(guān)量輸入隔離式安全柵（1 入2 出），一路到S7300PLC，另一路現(xiàn)有的FSC 已改的原料氣壓縮機的通訊方式為工業(yè)以太網(wǎng)，上位機采用了不限點數(shù)的西門子Wincc 組態(tài)軟件。制冷的系統(tǒng)改造也是采用西門子的產(chǎn)品，通訊方式也采用工業(yè)以太網(wǎng)。通過新增的工業(yè)交換機，把制冷機和已改的原料氣壓縮機、原穩(wěn)氣壓縮機通過交換機接到現(xiàn)有的Wincc 工作站，在此基礎(chǔ)上完成組態(tài)。如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)示意圖

7 結(jié)語

（1）選用的S7300 是模塊化的中型PLC系統(tǒng)，大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù)，由于簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活方便用戶，控制任務(wù)增加時，可自由擴展。

（2）NetLINK 網(wǎng)關(guān)的運用保證了通過以太網(wǎng)來連接SIEMENS 的S7-200/S7-300/S7-400， 它由1 個MPI 接口和1 個10/100M 以太網(wǎng)接口組成，可以將西門子的PPI 協(xié)議、MPI 協(xié)議、PROFIBUS-DP 協(xié)議轉(zhuǎn)成以太網(wǎng)協(xié)議。就可以把傳統(tǒng)的編程口(PPI 口、MPI 口、DP 口) 直接轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接口，而且即插即用，維護方便?，F(xiàn)在的上位系統(tǒng)里還有1 套S7200 的火炬監(jiān)控系統(tǒng)，它通過DP 總線的方式和上位機通訊。

（3）采用的單模光傳輸相對傳統(tǒng)的電纜具有較強的抗干擾性、傳輸距離遠，通信質(zhì)量高的優(yōu)勢。

（4）符合自控的總體發(fā)展趨勢：人性化、大眾化；具體體現(xiàn)在：越來越友好的人機界面、越來越個性化的功能設(shè)計、越來越高的性價比，如圖5 所示。

圖5 改造后的系統(tǒng)圖

輕烴制冷機FSC 系統(tǒng)的改造完成，西門子S7300中型代替原有的分體控制儀表，實現(xiàn)了壓縮機運行就地、遠程顯示、控制、報警，對歷史數(shù)據(jù)進行記錄，采用單模光傳輸，通過Netlink 網(wǎng)關(guān)的運用把火炬系統(tǒng)也整合到一起,節(jié)約經(jīng)費4 萬元，降低制冷機的故障率，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)融合，增強了系統(tǒng)的可操作性，PLANTWEB 功能及性能，擴展了工藝參數(shù)，還充分的發(fā)揮應(yīng)用范圍并融入生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)“管控一體化”，一年減少設(shè)備故障停機、火炬放空30 余次，直接成本100 多萬元。