原料氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造

臧傳蘭

(中國(guó)石油吐哈油田分公司水電處,新疆 吐魯番 838202)

丘陵液化石油氣(LPG)工廠由林德公司設(shè)計(jì)，全套引進(jìn)日處理能力為120萬m3的輕烴處理裝置。該工廠第一單元的增壓區(qū)選用了5臺(tái)16SGT/W74型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)-壓縮機(jī)組。現(xiàn)場(chǎng)PLC柜為氣動(dòng)控制盤，在生產(chǎn)過程中，控制盤暴露出了無參數(shù)記憶、遠(yuǎn)傳和數(shù)據(jù)記錄功能的缺陷，不利于機(jī)組故障分析；加之現(xiàn)場(chǎng)控制儀表受環(huán)境影響較大，且具有易損壞及不利維護(hù)等缺陷，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。因此，對(duì)控制盤進(jìn)行升級(jí)改造迫在眉睫。

1 原配套控制系統(tǒng)①

原配套PLC控制系統(tǒng)的工作原理為，當(dāng)機(jī)組具備啟機(jī)條件后，針形閥放置一定的開度(0.5圈)，推進(jìn)啟動(dòng)按鈕，機(jī)組將自動(dòng)進(jìn)行以下步驟：預(yù)潤(rùn)滑泵開啟進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑30s；啟動(dòng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)盤車；吹掃10s；啟動(dòng)燃?xì)忾y開始打開并逐漸開大引進(jìn)燃?xì)猓唤拥亻_關(guān)斷開；火花塞點(diǎn)火；轉(zhuǎn)速迅速上升，啟車成功；超速開關(guān)切斷啟動(dòng)風(fēng)；啟動(dòng)燃?xì)忾y全部打開，運(yùn)行燃?xì)忾y開始打開；調(diào)速器開始控制轉(zhuǎn)速；運(yùn)行燃?xì)忾y全部打開；潤(rùn)滑泵停止，機(jī)組實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

在運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)逐漸暴露出的問題有：現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)控制盤無存儲(chǔ)、記憶功能，不利于故障分析；無遠(yuǎn)傳功能，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，且不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和存在的安全隱患，無法查找歷史數(shù)據(jù)和提供故障排查數(shù)據(jù)；現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警停車儀表受環(huán)境影響較大，易損壞且誤報(bào)警率高。

2 FT-50控制系統(tǒng)功能及其應(yīng)用

FT-50控制系統(tǒng)是集過程信號(hào)檢測(cè)、參數(shù)顯示、過程控制和故障診斷為一體并具有自身組網(wǎng)功能的信號(hào)過程處理與控制系統(tǒng)。分散式硬件結(jié)構(gòu)和與過程設(shè)備結(jié)合緊密的軟件結(jié)構(gòu)，使其具有控制系統(tǒng)的高安全可靠性和小型PLC系統(tǒng)的易維護(hù)性，并在實(shí)際使用中得到了較好的體現(xiàn)。

2.1 壓縮機(jī)組參數(shù)檢測(cè)

壓縮機(jī)組的過程參數(shù)分為模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)和常數(shù)量。CPU和模擬量信號(hào)卡件采用16位處理系統(tǒng)，其檢測(cè)信號(hào)刷新速度快、實(shí)時(shí)率高，壓力信號(hào)檢測(cè)精度可達(dá)0.1Pa，溫度信號(hào)檢測(cè)精度可達(dá)+0.1% F·S級(jí)，能夠?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)和分析提供良好的過程依據(jù)。數(shù)字量檢測(cè)卡件的信號(hào)反應(yīng)速度可達(dá)0.1ms，能夠保證控制任務(wù)的準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)執(zhí)行，提高了壓縮機(jī)組的自動(dòng)保護(hù)功能。模擬量和數(shù)字量信號(hào)處理過程如圖1、2所示。

圖1 模擬量信號(hào)處理過程

圖2 數(shù)字量信號(hào)處理過程

2.2 壓縮機(jī)組參數(shù)顯示

FT-50控制系統(tǒng)中，經(jīng)過處理后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容可以通過就地顯示方式、CBOS100軟件在線顯示方式和遠(yuǎn)程傳送集中顯示方式將數(shù)據(jù)提供給操作人員查看、監(jiān)視。撥輪顯示屏工作原理如圖3所示。

圖3 撥輪顯示屏工作原理

2.3 CBOS軟件在線監(jiān)視模式

在LED撥輪顯示的同時(shí)，F(xiàn)T-50控制系統(tǒng)支持用串口將數(shù)據(jù)傳送至一普通PC機(jī)(PC機(jī)CBOS100處于在線模式)進(jìn)行集中顯示。可同時(shí)顯示模擬量數(shù)據(jù)與數(shù)字量數(shù)據(jù)，可幫助程序人員和操作人員批量監(jiān)測(cè)，具有進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行分析及軟件組態(tài)診斷等功能。PC在線顯示連接如圖4所示。

圖4 PC在線顯示連接

2.4 遠(yuǎn)程傳送集中顯示方式

RTUS?Centre Station通信方式，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將多個(gè)RTU(多個(gè)FT-50控制系統(tǒng)，即多個(gè)壓縮機(jī)組)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，并在主站設(shè)備中加以分類，最終進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)被Intach等軟件利用，以完成上位機(jī)系統(tǒng)FT210的特殊功能，如圖形界面、歷史數(shù)據(jù)保存及形成歷史趨勢(shì)圖和相關(guān)報(bào)表等。

2.5 FT-50控制系統(tǒng)的功能

FT-50控制系統(tǒng)的控制功能主要由其軟件CBOS100中的組態(tài)設(shè)置再結(jié)合相應(yīng)的硬件控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)。軟件采用梯形圖邏輯語言和BASIC高級(jí)編程語言相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方式，硬件有向PID控制的功能塊等。這種軟件和相應(yīng)專用硬件結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，在壓縮機(jī)組的控制工作中主要有壓縮機(jī)緊急停車控制、常規(guī)數(shù)字量輸出控制和一些參數(shù)的PID控制，具體描述如下：

a. 壓縮機(jī)超速/減速緊急停車控制。該功能由頻率輸出、1路控制卡、數(shù)字量輸入卡和相關(guān)軟件聯(lián)合完成。

b. 常規(guī)數(shù)字量輸出控制主要由軟件功能設(shè)定和DO卡件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)常規(guī)的繼電器控制和報(bào)警指示功能。

c. PID算法在空燃比中對(duì)燃?xì)饬髁窟M(jìn)行控制。

CBOS100根據(jù)檢測(cè)的左右空氣匯管壓力值與燃?xì)鈪R管壓力值計(jì)算出空燃比，并利用PID算法輸出控制燃?xì)忾y來消除空燃比與設(shè)定空燃比間的偏差，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.6 在線自診斷功能

FT-50控制系統(tǒng)運(yùn)行故障在線自診斷功能有軟件診斷方式和硬件診斷方式兩種。

軟件診斷方式。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障代碼會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在CBOS100軟件的診斷畫面和操作盤的4個(gè)LED顯示屏中，指示引起當(dāng)前系統(tǒng)故障的原因代碼，通過壓縮機(jī)故障代碼對(duì)照表，操作人員很快便會(huì)找到系統(tǒng)故障的原因。

硬件診斷方式。硬件診斷通過8個(gè)通信指示燈的亮/暗與閃爍/靜止的不同組合方式代表不同的系統(tǒng)故障，操作人員可以通過診斷說明對(duì)照8個(gè)LED的狀態(tài)得到當(dāng)前故障原因。

軟、硬結(jié)合的故障診斷和信息傳遞方式給不同運(yùn)行條件下的故障分析提供了方便，提高了壓縮機(jī)組的運(yùn)行時(shí)率。

3 CASCADE軟件的應(yīng)用

CASCADE程序是一套基于Windows操作系統(tǒng)的專門進(jìn)行壓縮機(jī)參數(shù)計(jì)算的專業(yè)軟件。按照計(jì)算功能，可分為尺寸計(jì)算(計(jì)算壓縮機(jī)的氣缸直徑)和服務(wù)性計(jì)算(計(jì)算壓縮機(jī)的運(yùn)行性能參數(shù))兩部分。

CASCADE結(jié)合一些常用數(shù)據(jù)可以計(jì)算出氣缸直徑并將相關(guān)結(jié)果定義到壓縮機(jī)的效率優(yōu)化服務(wù)包中。服務(wù)程序通過大量的輸入、輸出數(shù)據(jù)可以對(duì)壓縮機(jī)的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，如機(jī)組結(jié)構(gòu)的詳細(xì)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(氣缸和其他信息)。

CASCADE不但能夠計(jì)算流量、功率和每十萬標(biāo)方氣的馬力數(shù)(馬力/feet3，1kW=1.359 621 6 米制馬力)，還能計(jì)算內(nèi)部冷卻氣損失、活塞桿負(fù)荷及連桿負(fù)荷轉(zhuǎn)化等。

CASCADE可以自動(dòng)完成氣缸余隙到流量或功率的仿真模擬，變量可以通過不同的RPM吸入壓力和排氣壓力參數(shù)模擬得到。

CASCADE中的Curve plotting可以根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制出相關(guān)性能參數(shù)的曲線。

4 結(jié)束語

日處理能力為120m3的輕烴裝置控制系統(tǒng)升級(jí)改造后，通過圖形顯示、歷史趨勢(shì)圖和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能向用戶提供了一個(gè)獨(dú)立終端，用以提供壓縮機(jī)組運(yùn)行狀況的信息，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并分析原因，減少了故障解決時(shí)間。FT-50控制系統(tǒng)強(qiáng)大的計(jì)算功能、高可靠性和安全性，有效地降低了機(jī)組的帶病運(yùn)行和誤報(bào)停機(jī)故障率。