T6300壓縮機控制系統在催化裂化裝置中的應用(上)

伍 凌 蔣 躍 郭君峰

(1.浙江水利水電學院，杭州 310018；2.浙江中控技術股份有限公司，杭州 310053)

Rockwell公司研發的ICS Trusted控制系統應用非常廣泛，涉及石油、化工、冶金及鐵路等領域。ICS Trusted的T6300壓縮機控制系統(Compressor Control System，CCS)是應用在機組綜合控制方面的典范，與其他控制系統相比，其突出優勢在于：綜合實現ESD/SIS功能，具有信號指示、振動/位移棒/柱顯示、歷史和實時記錄、事件報警、機組控制(防喘振控制、調速及PID控制等功能)及故障診斷等功能；1ms事件順序記錄(SOE)功能；與DCS相比，具有響應速度快、運行穩定且為三重化控制系統(TMR)等特點；與ESD聯鎖控制系統相比，具有三重化、冗余容錯控制系統且掃描時間為毫秒級(根據系統配置大小來決定)的特點；具有冗余三重化處理器CPU，在線切換不降級，保證系統(包括I/O模塊)都具備在線冗余切換功能；具有真正安全的控制系統，可以達到3-3-2-0降級模式，確保裝置和機組安全；脈沖PI模塊，滿足API670機械保護標準(獨立的三取二超速保護器功能)；在線下裝程序不受影響；具有I/O通道模塊硬點，可以100%強制所有I/O通道點(包括備用點)為FAT測試提供方便；具有I/O通道模塊LED燈，顏色可進行自定義和組態；具有專用的機組控制功能塊。

下面針對ICS Trusted的T6300壓縮機控制系統，在濱化催化裂化裝置中的應用實例介紹機組的組成、系統的硬件結構、通信和主要控制方案的設計與實施。

1 機組組成①

催化裂化裝置的核心是大型機組，大型機組主要包括軸流式主風機組(供催化裂化裝置再生器催化劑燃燒用空氣)、富氣壓縮機組(分餾塔塔頂富氣壓縮，供吸收/穩定區)和增壓機組(再生器催化劑提升風)。

1.1 軸流式主風機組

煙機、軸流式主風機(主風機)和電機/發電機組成了主風機三機組，其控制流程如圖1所示。電機與主風機之間有變速箱(其齒數比為4.212)，電機轉速為1 485r/min(低速齒)，煙機和主風機的轉速為6 254.82r/min(高速齒)，轉速探頭安裝在煙機上，在二機組運行情況下(不包括煙機)，無法看到機組轉速，在變速箱低速端安裝了鑒相探頭，通過Bently系統可以間接地看到電機/發電機的轉速為1 485r/min。如果需要獲悉主風機的轉速，將變速箱的齒數乘以電機的轉速即可，此處主風機的轉速為1 485r/min×4.212=6 254.82r/min。

圖1 主風機三機組儀表控制流程

1.2 富氣壓機組

汽輪機和富氣壓縮機(氣壓機)組成了氣壓機二機組，氣壓機二機組的控制流程如圖2所示。

圖2 氣壓機二機組控制流程

1.3 增壓機組

電機和離心風機(增壓機)組成了增壓機二機組，增壓機組共有兩臺，分別定義為K102A增壓機A和K102B增壓機B，其控制流程如圖3所示。

圖3 增壓機二機組控制流程

2 系統硬件和通信

2.1 I/O模塊點表和配置匯總

T6300壓縮機控制系統中，I/O模塊點表和配置匯總見表1，其中要求總點數、模擬數量、支持總點數、實際總點數需要根據用戶提供的點數進行填寫。

表1 I/O模塊點表和配置匯總

然后根據I/O點表配置系統硬件(ICS T6300系統硬件和Bently3500系統)。

ICS T6300系統硬件包括：冗余電源1對、主機架1個、擴展機架3個、交換機1對，模塊+安全柵+繼電器數量見表1。系統機架和硬件配置如圖4所示。

圖4 T6300系統機架和硬件配置

Bently3500系統硬件包括：主風機機架1個、氣壓機機架1個，并且分別增加了ICS系統專用風扇組T827，以保證Bently3500系統溫度在正常范圍內。系統機架和硬件配置如圖5所示。

圖5 Bently3500系統機架和硬件配置

2.2 通信協議

系統通信模塊IP設置為：主模塊CI1 IP地址192.168.10.1，子網掩碼255.255.255.0；冗余模塊CI2 IP地址192.168.20.1，子網掩碼255.255.255.0。

系統通信是檢驗一個系統能否正常工作的必要條件。為保證通信暢通，可以從3個方面入手進行檢驗。

2.2.1系統通信接口接線

通信模塊端口1為連接3500系統的通信接口電纜接線，端口2和端口3為連接DCS系統的通信接口電纜接線，系統通信電纜接線如圖6所示。

圖6 系統通信電纜接線

2.2.2采用主/從接口模塊T8122實現與Bently系統通信

在處理器背后安裝一個主通信協議接口模塊T8122實現與Bently系統通信。

Bently接口模塊的IP地址設置：Bently機架1網卡的IP地址為92.168.10.5，子網掩碼為55.255.255.0；Bently機架2網卡的IP地址為192.168.10.6，子網掩碼為255.255.255.0。

配置Slave 1對應Bently機架1的通信轉換地址如圖7所示。Slave 2對應Bently機架2的通信轉換地址也用相同的方法配置。

2.2.3系統網絡結構

系統配置的兩塊通信模塊T8151B實現了通信冗余，支持開放網絡，可實現讀取SOE功能、MBTCTIP驅動服務功能，實現TCP/IP和IEEE802.3協議，通信速率可達10Mbit/s，具有通信性能強及速度快等優點。支持以太網通信功能與上位機HMI冗余切換通信功能。

使用T8151B通信模塊提供的RS485通信口，以Modbus協議作為標準與DCS和Bently通信。系統網絡結構如圖8所示。

圖7 Slave 1對應Bently機架1的通信轉換地址配置界面

圖8 系統網絡結構示意圖

2.3 網絡通信冗余配置

網絡通信卡T8151B采取雙模塊冗余配置，并結合兩個交換機(HUB)實現網絡冗余，每一個HUB的RJ-45可以接一臺或多臺計算機(每臺計算機為雙網卡，上位顯示控制操作系統建議采用InTouch10.1)。

上位機網卡IP地址配置如下：

a. 操作站101網卡1的IP地址為192.168.10.101，子網掩碼為255.255.255.0；網卡2的IP地址為192.168.20.101，子網掩碼為255.255.255.0。

5.正確把握經濟特征與其他特征的辯證關系。司法實踐中，許多黑社會性質組織的經濟特征并不十分典型。比如說，西北地區的黑社會性質組織的資金來源多為犯罪所得以及被害人被迫提供，通過合法經營獲取利潤作為原始資金積累的僅占黑社會性質組織的15%，這是由于地區經濟發展原因導致的經濟特征不明顯。但是，可以肯定的是，任何一個黑社會性質組織想要壯大組織、發展黑惡勢力，都必須獲得一定的經濟支持，在經濟發展較為活躍的地區則更為明顯。因此，在認定方法上應以“非法控制特征”為核心，用辯證的、系統的觀點分析“四個特征”的內在聯系。

b. 操作站102網卡1的IP地址為192.168.10.102，子網掩碼為255.255.255.0；網卡2的IP地址為192.168.20.102，子網掩碼為255.255.255.0。

c. 操作站103網卡1的IP地址為192.168.10.103，子網掩碼為255.255.255.0；網卡2的IP地址為192.168.20.103，子網掩碼為255.255.255.0。

2.4 網絡通信檢查

T6300控制系統通信模塊默認的IP地址為192.168.10.1(雙模塊默認的第二IP地址是192.168.20.1)。

對于操作站或工程師站，也必須各指定一個IP地址。比如工程師站100，其網卡1的IP地址為192.168.10.100，子網掩碼為255.255.255.0；網卡2的IP地址為192.168.20.100，子網掩碼為255.255.255.0。

這樣就可以通過ping命令，進行網絡通信檢查。如果ping 192.168.10.1(192.168.20.1)通過，說明網絡通信正常，否則需檢查不通過的原因。也可以采取連續ping命令，如：ping 192.168.10.1-t，檢查通信是否正常。

3 T6300壓縮機控制系統控制方案實例

3.1 軸流風機三機組控制方案

3.1.1啟動

需要注意的是：三機組聯鎖停機時，電機要求必須延時15min(倒計時顯示)后，聯鎖才能復位，防止電機線圈過熱導致燒毀。

3.1.2再生器壓力與煙機轉速輸出低選

3.1.2.1煙機轉速控制和轉速保護

在圖9中，煙機轉速保護控制調節器有兩個作用，即煙機升速控制和超速保護控制，如圖10所示。煙機轉速保護控制調節器，測量值為煙機的3個速度信號，量程范圍0～7 000r/min。3個煙機轉速均正常時，煙機轉速取中間值；有一個煙機轉速信號故障時，取最大值。最終輸出的煙機轉速顯示為51_SI_1481ABC。每個煙機轉速高于6 445r/min時報警，煙機轉速達到6 570r/min時，三取二高高聯鎖報警。當主風機安全運行動作，置0時(正常置1)煙機入口蝶閥輸出范圍從0%～100%限制為0%～40%，防止甩負荷現象出現。

圖9 軸流風機三機組啟動順序邏輯界面

3.1.2.2煙機轉速調節輸出與再生器壓力調節輸出低選

當煙機入口蝶閥自動操作信號置0時(自動操作沒有啟動)，強制煙機入口蝶閥輸出為0；如果煙機入口蝶閥自動操作信號置1，煙機轉速調節輸出與再生器壓力調節輸出進行低值選擇，最終PID輸出(安全運行時限制輸出0%～40%)為低選值。煙機入口蝶閥為風開閥，如圖10所示。

圖10 再生器壓力與煙機轉速輸出低選邏輯

輪盤溫度調節和煙機密封差壓調節控制此處略去，不作介紹。

3.1.3靜葉控制器調節

主風機靜葉調節器輸入為主風機出口流量，為保證主風機出口流量的可靠性，主風機出口設有3個流量變送器，范圍0～170 000Nm3/h。每個流量低于79 200Nm3/h時進行三取二聯鎖邏輯。

靜葉控制調節器的測量值是通過主風機流量的溫壓補償選擇開關(置0主風機流量進行溫壓補償，置1主風機流量無溫壓補償)實現的，經過選擇后主風機的出口總流量如圖11所示，3個流量均正常時，流量取中間值；有一個流量信號故障時，取最大值。最終輸出流量顯示為a51_FI_1401BCDm，沒有經過溫壓補償處理。經過主風機出口溫度和主風機出口壓力溫壓補償模塊處理后，輸出溫壓補償后的總流量。

圖11 主風機靜葉控制回路畫面

當主風機組進入安全運行時，強制靜葉控制器為手動，保持靜葉位置不變，避免靜葉緊急關閉，導致機組發生喘振。

當三機組從正常進入聯鎖邏輯，并且轉速為0時，延時5min后輸出將自動操作指令置0并經過反向處理后，進行與操作輸出置1，使得靜葉調節器輸出為0。主風機啟動時，靜葉角度需要滿足不小于22°，原因是機械已經限位最小22°。

由于調節器在沒有滿足條件的情況下，調節器輸出被限制，所以真正的靜葉調節器輸出為調節器下面的總輸出顯示值。