管線壓縮機控制系統(tǒng)概述

尹雨春

（沈陽鼓風機集團自控公司，遼寧沈陽 110000）

管線壓縮機控制系統(tǒng)概述

尹雨春

（沈陽鼓風機集團自控公司，遼寧沈陽 110000）

管線壓縮機控制系統(tǒng)是一套既可以獨立運行，又能在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)指揮下運行的自動化控制系統(tǒng)。管線用離心壓縮機組由于要滿足長時間穩(wěn)定的運行要求，因此控制系統(tǒng)的規(guī)劃設計十分重要，本文將在管線壓縮機控制系統(tǒng)總體設計及布置方面做出相關(guān)論述，并對其結(jié)構(gòu)組成加以詳細說明。

管線壓縮機 控制系統(tǒng) 控制盤

1 管線壓縮機控制系統(tǒng)概述

在壓縮機控制系統(tǒng)UCS（Unit Control System）系統(tǒng)設計方案上，每套壓縮機都提供1套以計算機為核心的用于自動、連續(xù)地監(jiān)視和控制壓縮機組及輔助系統(tǒng)運行的控制的自動化系統(tǒng)。是一套既可以獨立運行，又能在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)指揮下運行的自動化控制系統(tǒng)。本方案可以實現(xiàn)壓縮機組的自動控制和保護壓縮機組安全、連續(xù)、平穩(wěn)、高效運行。每套調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)PDS的控制系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)整體納入相應壓縮機組的UCS中。UCS是壓縮機供貨商提供的一套綜合控制系統(tǒng)，它是一個分布式控制系統(tǒng)，各控制子系統(tǒng)采用以太網(wǎng)的形式連接。UCS通過網(wǎng)絡接口與SCS相連，進行數(shù)據(jù)交換，并向SCADA調(diào)度控制中心傳送信號，接受SCADA下發(fā)的命令。

2 各系統(tǒng)之間的分工描述

整個壓縮機組（壓縮機、電機、變頻器、干氣密封、外冷卻）及壓縮機進出口工藝管線上儀表及設備的控制。控制內(nèi)容包括儀表及設備啟停邏輯控制，設備供電控制等。具體界面見圖1：

3 UCS系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)描述

UCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃配置圖，用以描述本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)和設備間的詳細通訊及連接方式。在方案中，根據(jù)在類似特大型一體化項目上的應用經(jīng)驗，充分考慮了UCS系統(tǒng)內(nèi)部及與其相關(guān)控制系統(tǒng)（如：SCS、ESD、BN3500等）的通訊關(guān)系，簡單概述如下：（1）UCS系統(tǒng)以太網(wǎng)絡 。該網(wǎng)絡冗余設置。1套UCS系統(tǒng)通過兩組完全獨立電纜分別連接至兩臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機，壓縮機操作員站、網(wǎng)絡打印機等各單元組成冗余的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。UCS系統(tǒng)通過以太網(wǎng)絡完成與SCS系統(tǒng)的普通信息交換。（2）與SCS通訊。UCS系統(tǒng)與SCS系統(tǒng)進行串行通訊，執(zhí)行TCP/IP MODBUS的通訊協(xié)議。UCS和SCS之間的通訊采用全冗余配置，包括接口卡件、電纜等。（3）與BN3500通訊。UCS系統(tǒng)可通過PLC的CM卡件與BN3500系統(tǒng)進行MODBUS 232/485串行通訊。通訊過來的BN3500信號，如振動、位移等相關(guān)數(shù)據(jù)可以在UCP中顯示和報警，并可進一步通過通訊送至SCS顯示；聯(lián)鎖停機信號將通過硬接線在UCS系統(tǒng)中實現(xiàn)。（4）PDS的控制系統(tǒng)將作為一個子系統(tǒng)納入到UCS中。UCS與PDS控制系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，ESD信號和重要信號如啟機、停機、轉(zhuǎn)速設定等采用硬線連接。電機所需所有儀表信號接入到UCS監(jiān)測系統(tǒng)中。

圖1 各系統(tǒng)之間分工界面

4 控制機柜及電源、接地、保護

UCS系統(tǒng)的主要硬件及附件安裝在IP 54機柜內(nèi)，機柜為Rittal機柜，顏色為RAL 7035，帶皺，規(guī)格：800mm×800mm×2，100mm （DXWXH）（含100mm安裝底板），能前后開門，門上帶有安全鎖，內(nèi)部裝有風扇、照明及空氣過濾器，電纜從機柜的底部進入，機柜的上部和下部留有足夠的維修空間。選用鋼質(zhì)雙門或單門標準尺寸柜，門可以180度打開，應為前或前、后開門，門上帶安全鎖。電纜/電線由機柜底部進出，盤/柜內(nèi)配線應通過匯線槽。機柜的噴漆應光潔、美觀、耐用。機柜應配備散熱通風、照明等設施，進風口應設便于拆卸、更換的過濾網(wǎng)。風扇的噪音不應大于40dBA。機柜的內(nèi)部的連接導線根據(jù)信號類型以顏色區(qū)分且每根有永久性標記，連接導線采用銅芯導線或?qū)Ｓ秒娎|，接線端子之間的連接采用短路片，信號線與電源線分開。UCP外部的電纜/電線與UCP的電氣連接采用接線端子，并且留有20%的余量。

UCP+ESD+BENTLY機柜；UCS系統(tǒng)的UCP和ESD部分統(tǒng)一安裝機柜內(nèi)。柜內(nèi)安裝有主系統(tǒng)、機組控制盤、接線端子板、24VAC電源等設備，機柜內(nèi)將根據(jù)規(guī)格書的要求安裝和布置接線端子、斷路器、電源分配器安全柵和浪涌保護器等元件。

SCP柜。本站的機組負荷分配選用TS3000系統(tǒng)，柜內(nèi)安裝有TS3000主系統(tǒng)、機組控制盤、接線端子板、24VAC電源等設備。系統(tǒng)后備電池。UCS提供ESD后備浮充電池，以供在緊急狀態(tài)下使用。系統(tǒng)電纜。系統(tǒng)內(nèi)部的各類電纜及與以下與第三方系統(tǒng)之間的通訊連（1）UCP至少保留20%的I/O余量，并預留20%的擴展空間。（2）根據(jù)客戶的要求，將本地儀表連接到現(xiàn)場接線箱上。（3）報警、聯(lián)鎖在畫面上實現(xiàn)。（4）用于ESD回路的浪涌保護器帶有SIL2等級認證。

接電纜：UCS系統(tǒng)內(nèi)部通訊的電纜；UCS系統(tǒng)與BNC3500通訊的電纜系統(tǒng)供電UCS系統(tǒng)將接受業(yè)主提供的二路的220VAC UPS供電，UCS系統(tǒng)提供專門的24VDC冗余電源，用于柜內(nèi)其它設備及現(xiàn)場儀表回路供電。系統(tǒng)接地。UCS系統(tǒng)將采用等電位接地方式，有兩種接地匯流排：保護地、工作地。接地電阻值要求不大于4歐姆。可以共用一套接地網(wǎng)系統(tǒng)。浪涌保護。為了保護設備安全和系統(tǒng)的可靠，避免雷電感應所引起的電流與電壓引入系統(tǒng)，在所有的儀表信號傳入接口，執(zhí)行機構(gòu)信號接口，供電接口，經(jīng)戶外線路引入控制系統(tǒng)應設置浪涌保護器或采用繼電器隔離，浪涌保護器本技術(shù)方案采用MTL產(chǎn)品。

5 機組控制盤（UCP）

每座壓縮機站都應配備操作員工作站。與每臺機組配套的1臺HMI圖形操作員工作站應為盤裝型，安裝在UCP上，配備17寸觸摸屏、鍵盤及鼠標。另外提供2臺放置在中控室操作臺上的臺式操作員工作站，用于監(jiān)視機組的運行工況。操作員工作站是操作人員與UCS的人機接口，操作員通過它可詳細了解運行情況，并可下達操作控制命令，從而完成對壓縮機組的監(jiān)控和管理。操作員工作站采用工業(yè)級微型計算機，最少應具有數(shù)據(jù)采集及處理、實時及歷史數(shù)據(jù)的管理、動態(tài)工藝流程及其他圖形的顯示、報警/事件管理、報表生成及打印等功能。在遠程控制模式時，關(guān)閉操作員工作站不應對UCS的信號傳輸、運行有任何影響。操作員工作站的配置要求詳見數(shù)據(jù)單，其硬盤的容量不低于2TB。機柜上設有指示燈：允許啟動、運行、停止。按鈕：啟動、正常停止、帶壓停止、泄壓停止。在本次應用中，將使用到的主要功能如下：啟動/停車順序控制 ，負荷控制，機組聯(lián)鎖保護（ESD），速度控制，機組機械狀態(tài)檢測，時間同步，離心壓縮機防喘振控制，工藝管路閥門順序，離心壓縮機緊急防喘振系統(tǒng)（EAS），冗余網(wǎng)絡接口，密封氣系統(tǒng)，潤滑油油氣分離器，潤滑油系統(tǒng)，離心壓縮輔助設備，相關(guān)報警的處理，人工或自動就地控制（LOCAL），遠方自動控制（SCS或調(diào)度中心操作模式）REMOTE），OFF停機，就地控制方式優(yōu)于遠程控制方式。

［1］廖漢榮.高速離心壓縮機的油封改造［J］.中國設備工程，2013（4）.