JX-300X系統(tǒng)在空氣降溫系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 成 銀登德 陳宏輝

(中航工業(yè)燃?xì)鉁u輪研究院，四川 江油 621703)

空氣降溫系統(tǒng)采用JX-300X型DCS取代原有的分散式現(xiàn)場儀表測量控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主氣路和冷源氣路組成，共同完成對(duì)空氣系統(tǒng)的降溫處理，向其他相關(guān)系統(tǒng)提供符合要求的氣體，它們共用一套DCS系統(tǒng)。此DCS控制系統(tǒng)主要包括了操作站、控制站、模擬操作盤、通訊網(wǎng)絡(luò)SC net、儀器儀表柜及配電柜等。模擬操作盤顯示降溫系統(tǒng)空氣系統(tǒng)和水系統(tǒng)流程圖，顯示閥門開關(guān)狀態(tài)，并能操作閥門。操作站除了具有模擬操作盤的功能外，還具有測量參數(shù)(壓力、溫度、液位、流量、露點(diǎn)、閥位、限位及狀態(tài)等)的實(shí)時(shí)顯示功能，并能對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行PID控制。其中AI點(diǎn)：120點(diǎn)；AO點(diǎn)：19點(diǎn)；DI點(diǎn)：90點(diǎn)；DO點(diǎn)：134點(diǎn)。

1 控制系統(tǒng)構(gòu)成①

JX-300X型DCS控制系統(tǒng)在國內(nèi)外許多廠家都普遍采用，是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。因空氣降溫系統(tǒng)設(shè)備龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，主要包括空氣管路系統(tǒng)、閥門系統(tǒng)、增壓渦輪機(jī)組、快速切斷閥系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)及熱工參數(shù)實(shí)時(shí)測量等。JX-300X型DCS系統(tǒng)軟件是基于中文Windows2000/ Windows XP的操作系統(tǒng)，通過組態(tài)操作將所有的命令都化為形象直觀的功能圖標(biāo)，只需用鼠標(biāo)單擊即可輕而易舉地完成操作，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)的集中控制與管理。

1.1 硬件組成

操作站：工控PC機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、SCnet網(wǎng)卡、專用操作員鍵盤和操作臺(tái)。

控制站：機(jī)柜、機(jī)籠、電源箱和各類卡件(包括主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各種I/O卡)。

電源、網(wǎng)絡(luò)、卡件(包括主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、重要的I/O卡)都實(shí)現(xiàn)了真正的冗余。來自現(xiàn)場的壓力、溫度、液位及狀態(tài)等輸入信號(hào)經(jīng)安全隔離柵送至控制柜的卡件，直至操作站。同理，操作站發(fā)出的控制指令經(jīng)控制站和安全隔離柵送至現(xiàn)場的閥門等設(shè)備形成一個(gè)閉環(huán)控制回路。

1.2 軟件構(gòu)成

系統(tǒng)采用的JX-300X AdvanTrol 軟件、Mfcdraw流程圖制作軟件、SCLD梯形圖組態(tài)軟件、SCKey組態(tài)軟件及AdvanTrol實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件等軟件。

Advantrol軟件主要功能包括SCX語言的編制、功能模塊的組態(tài)、報(bào)表的制作及故障診斷等內(nèi)容。

系統(tǒng)畫面組成：系統(tǒng)簡介、報(bào)警一覽、系統(tǒng)總貌、控制分組、調(diào)整畫面、趨勢圖、流程圖、數(shù)據(jù)一覽、故障診斷及報(bào)表等。

1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

JX-300X系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)由信息管理網(wǎng)和過程控制網(wǎng)構(gòu)成。信息管理網(wǎng)采用以太網(wǎng)絡(luò)，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接如圖1所示。從圖1中可以看出整個(gè)系統(tǒng)不論是操作站還是服務(wù)器都配置了3塊網(wǎng)卡，控制站內(nèi)配置了兩個(gè)站(2#及4#)，每一個(gè)站內(nèi)都配置交換機(jī)，每一個(gè)站內(nèi)的主控卡都配置了互為冗余的兩塊主控卡，每一主控卡上都具有兩個(gè)接口，從而實(shí)現(xiàn)了真正的冗余，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性都得到了保證，構(gòu)成了完全獨(dú)立雙重化熱冗余SCnetII。系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下不僅能在操作站監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也能在服務(wù)器上監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，控制功能可通過不同權(quán)限得以實(shí)現(xiàn)。在JX-300X網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器(安裝中控的Supview軟件)，讀取DCS數(shù)據(jù)后與上層監(jiān)控網(wǎng)GE公司的iFix服務(wù)器以C/S方式通信，iFix服務(wù)器均作為JX-300X服務(wù)器的客戶端，把JX-300X集散控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)和運(yùn)行信息采集到生產(chǎn)調(diào)度室，實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)的綜合管理、調(diào)度和決策。操作站與控制站采用SCnetⅡ通信網(wǎng)絡(luò)連接，此網(wǎng)絡(luò)為符合TCP/IP和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)，具有良好實(shí)時(shí)性，能及時(shí)、可靠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接示意圖

2 控制功能實(shí)現(xiàn)

2.1 操作界面

操作界面分主氣路流程圖、冷源氣路流程圖、水系統(tǒng)流程圖、聯(lián)鎖系統(tǒng)圖、系統(tǒng)總圖及工藝流程圖等。此界面為全中文交互式圖形操作畫面，畫面清晰直觀地描述了實(shí)際設(shè)備和工藝流程。

每一操作界面數(shù)值為對(duì)應(yīng)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)均有不同顏色圖標(biāo)顯示。閥門開、關(guān)限位分別用不同顏色圖標(biāo)表示。液位、溫度及壓力等參數(shù)的高低報(bào)警，除了在操作界面上有不同的顏色表示外，還有聲音報(bào)警，并可以在報(bào)警一覽表畫面查詢相應(yīng)的報(bào)警信息，使操作人員和管理工程師一目了然。更為方便的是點(diǎn)擊每一個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示處，都能立刻彈出此參數(shù)的趨勢圖畫面，時(shí)間范圍可動(dòng)態(tài)選擇，并可直接打印趨勢畫面。

2.2 控制方案

2.2.1常規(guī)單回路控制

單回路控制如圖2所示，對(duì)于管網(wǎng)上的普通閥門，采用了這種單回路控制方案，這種方式是根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際參數(shù)來人為確定閥門開、關(guān)控制。可以通過操作站發(fā)出開或關(guān)控制指令，也可通過操作站授權(quán)模擬操作盤控制閥門開關(guān)，而就地控制箱上的手操器可以通過轉(zhuǎn)換手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(A/M)實(shí)現(xiàn)手操器或遠(yuǎn)程(操作站或模擬操作盤)控制閥門。閥門的閥位反饋可以在操作站和手操器上實(shí)時(shí)顯示，閥門的限位可以在操作站及模擬操作盤上實(shí)時(shí)顯示，為閥門操作提供參數(shù)反饋。其中所使用的固態(tài)繼電器安裝于模擬操作盤面板后，固態(tài)繼電器主要起隔離控制作用，保護(hù)JX-300X控制卡件等設(shè)備免受高電壓損害。

圖2 回路控制示意圖

2.2.2以PID為核心的串級(jí)控制

在系統(tǒng)中噴淋塔需要給高溫空氣噴淋冷卻水降溫，保證出口空氣穩(wěn)定在給定的溫度值，精度要求較高，因此必須采用串級(jí)控制系統(tǒng)。此串級(jí)控制采用兩套監(jiān)測變送器和兩個(gè)控制器，前一個(gè)控制器的輸出作為后一個(gè)控制器的設(shè)定，后一個(gè)控制器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個(gè)控制器稱為主控制器，它所監(jiān)測和控制的變量為主變量(主被控參數(shù))，即出口空氣溫度；后一個(gè)控制器稱為副控制器，它所監(jiān)測和控制的變量為副變量(副被控參數(shù))，即噴淋塔內(nèi)液位，這個(gè)變量是為穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。串級(jí)控制原理如圖3所示。這個(gè)串級(jí)控制主要是為了將出口空氣溫度穩(wěn)定在設(shè)定值，通過實(shí)際測量溫度值與設(shè)定溫度值的偏差調(diào)節(jié)控制噴淋調(diào)節(jié)閥的開度，而同時(shí)引入了噴淋塔內(nèi)液位來輔助控制，通過測量液位值與設(shè)定液位值的偏差調(diào)節(jié)控制噴淋調(diào)節(jié)閥的開度。通過串級(jí)控制空氣溫度穩(wěn)定，穩(wěn)定精度能達(dá)到±0.1℃，滿足了控制要求。

圖3 串級(jí)控制原理

2.2.3邏輯控制

聯(lián)鎖控制是針對(duì)增壓渦輪系統(tǒng)和附屬的系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)保障增壓渦輪系統(tǒng)正常的一種有效方式(圖4)。當(dāng)聯(lián)鎖投入后，有下列幾種情況聯(lián)鎖應(yīng)急啟動(dòng)：增壓渦輪增壓機(jī)出口壓力達(dá)到高高限值；緊急手動(dòng)開關(guān)(聯(lián)鎖應(yīng)急開關(guān))合閘；增壓渦輪在振動(dòng)過高、轉(zhuǎn)速超轉(zhuǎn)、軸溫過高、油壓過低達(dá)到極限停機(jī)設(shè)定值等狀況下匯集成增壓渦輪故障停機(jī)信號(hào)。聯(lián)鎖應(yīng)急啟動(dòng)后，增壓渦輪進(jìn)口快速切斷閥(666a閥)快速切斷，增壓渦輪機(jī)停機(jī)，增壓機(jī)旁路閥(667閥)快速開啟，重錘閥(668閥，增壓渦輪出口閥)快速關(guān)閉，從而保護(hù)了增壓渦輪系統(tǒng)。

圖4 增壓渦輪聯(lián)鎖原理

增壓渦輪聯(lián)鎖是通過邏輯控制圖(圖5)實(shí)現(xiàn)的。其中SSET717KF為聯(lián)鎖投入開關(guān)，S101I為增壓

圖5 增壓渦輪聯(lián)鎖邏輯控制圖

渦輪故障停機(jī)信號(hào)，S101O為增壓渦輪停機(jī)控制，HKS_667為667閥快速開啟控制，HK_668KF為668閥全開反饋信號(hào)，PIAS-110為增壓渦輪出口壓力報(bào)警，SSET101為聯(lián)鎖緊急啟動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)。

3 結(jié)束語

JX-300X型DCS系統(tǒng)的施行徹底改變了靠組合儀表來測量數(shù)據(jù)的繁瑣和原有指針式儀表顯示精度不高的弊端，也提高了系統(tǒng)控制閥門準(zhǔn)確性，避免了繁瑣的局部改造，讓部分復(fù)雜的控制變得簡單易操作。系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)性分散，提高了系統(tǒng)可靠運(yùn)行的穩(wěn)定性，改善了原有系統(tǒng)維護(hù)量大的狀況，實(shí)現(xiàn)了向不同控制系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)上傳數(shù)據(jù)的方案。