化工廠大芳烴裝置壓縮機控制系統的升級改造

董廣鳳

（天津津濱石化設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，是大芳烴裝置非常重要的設備，每臺機組的壓縮機控制系統由以下幾個部分組成：汽輪機轉速控制、氣路系統、控制油和潤滑油系統、蒸汽疏水系統、干氣密封系統、軸系機械量監測系統、汽輪機潤滑油系統等。離心式壓縮機是以蒸汽透平為動力的壓縮機，結構復雜、轉速高，如果運行出現異常，又不能及時聯鎖停機，將發生嚴重的設備事故。因此大型機組的現場儀表、監測、控制、聯鎖保護系統都要安全可靠，才能保證壓縮機的安全穩定運行。目前大芳烴裝置的壓縮機控制系統采用的是美國Triconex公司的TS3000控制系統，它是目前在石油化工等應用廣泛的三重冗余容錯控制系統之一。

一、TRICON 三重冗余容錯控制系統簡介

TRICON是基于三重模件冗余（TMR）結構的容錯控制器。它將三路隔離、并行的控制系統和診斷集成在一個系統中，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。當信息傳遞到主處理器時，通過控制程序的循環運行處理這些信息，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。主處理器的數據輸出通過I/O總線的三個通道，被送到輸出模件，并在輸出模件中進行表決，表決后的輸出信號去控制現場的調節閥、電磁閥等執行機構，如圖1所示。

二、壓縮機控制系統存在問題

圖1 TMR結構示意圖

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

（1）編程組態軟件為基于DOS 系統平臺下的MSW TMC312版，由于版本較早沒有SOE功能（事件順序記錄），一旦發生非計劃停車，就沒有第一手數據來借以分析原因，也給以后機組的穩定運行帶來一定隱患。

（2）由于原來壓縮機控制系統的PLC邏輯梯形圖相當復雜，既包括汽輪機的轉速控制，又包括壓縮機的聯鎖停車控制，可讀性差，日常維護困難。

（3）由于通信速度的問題經常會造成短時間數據交換的停頓或者滯后。

因此，利用2009年設備檢修的機會完成了TRICON PLC控制系統的升級改造。

三、壓縮機控制系統升級改造內容

1.硬件

（1）為了適應在Windows下運行TriStation1131軟件，將現有的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增加SOE功能的前提。相應的上位機操作系統的數據交換程序由Modbus改成以太網數據交換程序，上位機數據庫格式更新成與之對應的新格式。圖2和圖3是壓縮機控制系統通信方式改造前后的示意圖。

圖2 改造前的通信方式結構示意圖

圖3 改造后的通信方式結構示意圖

（3）由于現有兩套控制系統的脈沖輸入PI卡件（型號3510）不能進行版本升級(共3塊)，所以更換該卡件為系統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。

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

（6）增加了用于TCP/IP通信的HUB（或者SWITCH）、RJ45網線等附屬設備。

2.軟件

（1）在工程師站新主機中安裝WINXP SP2操作系統、TriStation1131（V4.1版）邏輯組態軟件、SOE（V4.0版）事件順序記錄軟件、上位機組態軟件iFIX3.5，拷貝人機界面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組態軟件，按照舊的MSW程序的所有控制邏輯功能及參數，用TriStation1131組態軟件重新組態編程。

（3）增加SOE功能，兩套控制系統共用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，對需要進入事件記錄的參數按照工藝的關聯性進行了分組，組建了不同的SOE block，然后在各個組中進行SOE點的組態。

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）原來操作站上位機的HMI與TRICON之間的通信方式是Modbus通信協議，將其改成了TCP/IP通信方式，在計算機上安裝了以太網數據交換程序，對iFIX原有數據庫的Modbus地址全部進行了更新以適應新的通信方式。

（5）修改、增加了部分TRICON聯鎖邏輯程序及上位機HMI畫面。

3.調試內容

（1）上位機與TRICONPLC之間輸入輸出點的對應關系。

（2）TRICONPLC與現場儀表之間的對應關系。

（3）TRICONPLC的聯鎖邏輯程序。

（4）汽機調速的控制程序。

（5）SOE的事件順序記錄邏輯程序等。

四、關鍵技術及難點

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，只能靠人工來進行修改，工作量很大。在PLC程序中的汽輪機調速控制程序是最重要的一部分，包括停機、準備啟動、啟動、暖機、加速、運行、超速試驗、轉速控制等程序，經過修改、調試，達到了工藝要求。

在調試過程中發現上位機監控畫面的汽機調速畫面中有一些子圖出現的順序有問題，經過修改PLC程序，問題得以解決。

五、結束語

升級后的TRICON PLC控制系統運行可靠，運行1年多，控制系統未出現任何問題。

該控制系統應用廣泛，在石油化工裝置的安全儀表系統SIS/ESD、火災及氣體檢測保護系統FGS、大型透平壓縮機組綜合控制系統ITCC等有廣泛的應用。

此次改造只對控制系統進行了升級改造，機械部分未改動。