DCS系統(tǒng)在透平螺桿壓縮機(jī)項(xiàng)目的應(yīng)用

孫 煜，方穎娣，馬奉偉

（青島堿業(yè)股份有限公司，山東 青島 266043）

青島堿業(yè)股份有限公司是以生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)純堿、化肥、熱電及相關(guān)精細(xì)化工產(chǎn)品為主的大型綜合性化工企業(yè)，其中，純堿制造方面主要利用侯氏制堿法作為生產(chǎn)工藝。隨著公司純堿節(jié)能技改項(xiàng)目的逐步實(shí)施，壓縮車間需增加三臺(tái)螺桿壓縮機(jī)，用以滿足重堿車間和煅燒車間CO2氣量的需求，相應(yīng)地，對(duì)DCS控制系統(tǒng)提出了新的要求，即保證原有壓縮工序自動(dòng)化控制正常的情況下，完成DCS系統(tǒng)改造項(xiàng)目。

1 DCS系統(tǒng)在我公司的應(yīng)用

現(xiàn)我公司壓縮車間、鹽水車間和小蘇打車間使用浙江中控DCS系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控和控制，其穩(wěn)定性和可靠性基本滿足生產(chǎn)控制的要求，可維護(hù)性和兼容性較高，其優(yōu)點(diǎn)在壓縮車間表現(xiàn)得尤為明顯。

2 壓縮車間DCS系統(tǒng)改造前、后狀況

2.1 原投運(yùn)情況

2.1.1 系統(tǒng)概述

SUPCON JX－300XDCS系統(tǒng)的基本組成包括工程師站、操作站、控制站和過程控制網(wǎng)絡(luò)組成。

1）工程師站

工程師站是為專業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)的，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺(tái)生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報(bào)表程序編制等。而使用系統(tǒng)的維護(hù)工具軟件實(shí)現(xiàn)過程控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、故障診斷、信號(hào)調(diào)校等。

2）控制站

控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的I／O處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。控制站可冗余配置，靈活、合理，由主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I／O卡件和供電單元組成。

3）操作站

操作站由工控PC機(jī)、CRT顯示器、操作員鍵盤、鼠標(biāo)等組成的人機(jī)系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。高性能工控機(jī)、卓越的流程圖機(jī)能、多窗口畫面顯示功能可以方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的集中顯示、集中操作和集中管理。

2個(gè)控制站分布在兩個(gè)機(jī)柜，每個(gè)控制站包含一對(duì)控制器（互為冗余），分別對(duì)（1～3）＃壓縮機(jī)和4＃、5＃壓縮機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、控制和處理，通過網(wǎng)絡(luò)完成與操作站的數(shù)據(jù)傳輸。

控制站采用冗余方式供電配置模式，即每個(gè)控制站的供電使用市電和UPS兩路電源供電，任何一路電源斷電，不會(huì)影響其正常供電。所有控制站、操作站、繼電器端子柜作保護(hù)接地，接地電阻小于2Ω。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

應(yīng)用于我公司的JX－300XDCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)分兩層，包括過程控制網(wǎng)絡(luò)（SCnetⅡ）和控制站內(nèi)部I／O控制總線（SBUS）。

1）SCnetⅡ網(wǎng)

系統(tǒng)采用的過程控制網(wǎng)絡(luò)即雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnetⅡ，它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過雙絞線將HUB、主控制卡和操作站的RJ45接口連接起來，作為傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道，完成信息、控制命令等的傳輸，雙重化冗余設(shè)計(jì)，即在其中任一條通訊線發(fā)生故障的情況下，通訊網(wǎng)絡(luò)仍保持正常的數(shù)據(jù)傳輸，使得信息傳輸安全、高速。

2）SBUS總線

SBUS總線是控制站內(nèi)部I／O控制總線，主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I／O卡通過SBUS進(jìn)行信息交換。

SBUS總線分為兩層：

第一層為雙重化總線SBUS－S2。SBUS－S2總線是系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，物理上位于控制站所管轄的I／O機(jī)籠之間，連接了主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，用于主控制卡與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡間的信息交換。

第二層為SBUS－S1網(wǎng)絡(luò)。物理上位于各I／O機(jī)籠內(nèi)，連接了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各塊I／O卡件，用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡與各塊I／O卡件間的信息交換。

SBUS－S1和SBUS－S2合起來稱為JX－300 DCS的SBUS總線，主控卡通過它們來管理分散于各個(gè)機(jī)籠內(nèi)的I／O卡件。SBUS－S2級(jí)和SBUSS1級(jí)之間為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系，按SBUS總線的S2級(jí)和S1級(jí)進(jìn)行分層尋址。

2.1.3 軟件特點(diǎn)

應(yīng)用組態(tài)軟件SCKey，利用圖形化編程，通過調(diào)用各個(gè)模擬量和開關(guān)量的位號(hào)和臨時(shí)變量形成停車條件，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停車控制，降低了使用硬件可能造成的故障率，提高了透平機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.2 改造后情況

2.2.1 基本構(gòu)想

根據(jù)生產(chǎn)需要，純堿節(jié)能技改項(xiàng)目增加6＃～8＃螺桿壓縮機(jī)，滿足制堿車間CO2氣量的需求。壓縮車間是至關(guān)重要的生產(chǎn)車間之一，因此DCS改造項(xiàng)目必須在不影響原有自動(dòng)化控制和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下進(jìn)行組態(tài)、安裝、調(diào)試、試車和投運(yùn)。沿用原煅燒DCS系統(tǒng)只需增加部分控制部件能很好地做到這一點(diǎn)，且操作站不必添加任何硬件，只需增加部分組態(tài)即可。這樣既保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)作，也避免了考慮兩種系統(tǒng)兼容性的繁復(fù)。

2.2.2 系統(tǒng)布置

壓縮車間新增螺桿壓縮機(jī)的DCS系統(tǒng)采用原煅燒崗位浙江中控JX－300X系統(tǒng)，并與原透平崗位DCS系統(tǒng)JX－300X系統(tǒng)合并為一套系統(tǒng)。這兩套系統(tǒng)于2000年投用，煅燒由一對(duì)控制器和兩臺(tái)操作站組成，透平由兩對(duì)控制器和三臺(tái)操作站組成，兩套系統(tǒng)于2007年5月份進(jìn)行軟件和操作站升級(jí)，軟件版本改為3.16。在此基礎(chǔ)上，新增一對(duì)控制器、部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、卡件以及一臺(tái)HUB等相關(guān)構(gòu)件，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)調(diào)試完畢即完成系統(tǒng)硬件的合并工作。擴(kuò)展后，合并為四對(duì)控制器，開關(guān)量輸出信號(hào)通過繼電器發(fā)送給電氣，保持基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變，圖1為JX－300X系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 JX－300X系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)新增148個(gè)模擬量輸入／輸出點(diǎn)，144個(gè)開關(guān)量輸入／輸出點(diǎn)；改造完畢，整個(gè)系統(tǒng)共計(jì)369個(gè)模擬量輸入／輸出點(diǎn)，194個(gè)開關(guān)量輸入／輸出點(diǎn)。

2.2.3 軟件組態(tài)設(shè)計(jì)

圖形化編程軟件（SCControl）是SUPCON WebField系列控制系統(tǒng)用于編制控制方案的圖形編程工具，集成了LD編輯器、FBD編輯器、SFC編輯器、ST編輯器，為用戶提供高效的組態(tài)環(huán)境，與系統(tǒng)組態(tài)軟件SCKey聯(lián)合完成控制方案組態(tài)。

此次新增停車聯(lián)鎖控制與主機(jī)、主輔油泵、加熱器等的聯(lián)鎖開停車控制，主要使用圖形化編程的梯形圖（LD）語言。它在原電氣控制系統(tǒng)中的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變過來，與電氣操作原理相呼應(yīng)，形象、直觀和實(shí)用；通過觸點(diǎn)、線圈和功能塊來構(gòu)建控制方案，有效地控制了系統(tǒng)的開、停車次數(shù)，提高了透平機(jī)的工作效率。圖2為6＃機(jī)聯(lián)鎖開停車程序。

圖2 6＃機(jī)聯(lián)鎖開停車程序

2.2.4 聯(lián)鎖調(diào)試

對(duì)于6＃、7＃、8＃透平機(jī)，系統(tǒng)聯(lián)鎖程序在設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合DCS和工藝多方面考慮，重視調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的生產(chǎn)安全問題。

1）進(jìn)行聯(lián)鎖條件的濾波處理。

在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試時(shí)，模擬量輸入信號(hào)、開關(guān)量輸入等信號(hào)容易受外界干擾，易引入虛假信號(hào)，為保證正常生產(chǎn)不受影響，需對(duì)聯(lián)鎖條件進(jìn)行條件判斷，只有當(dāng)聯(lián)鎖條件連續(xù)幾個(gè)采樣周期都成立時(shí)，觸發(fā)聯(lián)鎖條件，可根據(jù)情況，延遲2～3s觸發(fā)聯(lián)鎖條件。本次程序中設(shè)備啟停發(fā)送信號(hào)應(yīng)用TP模塊是對(duì)聯(lián)鎖起濾波處理作用的，即當(dāng)聯(lián)鎖條件滿足的時(shí)間超過5秒鐘延時(shí)時(shí)間，才輸出聯(lián)鎖信號(hào)，啟停設(shè)備。

2）只允許有一個(gè)對(duì)輸出位號(hào)賦值操作。

在程序中，對(duì)于每一個(gè)輸出位號(hào)應(yīng)該有一個(gè)變量與之對(duì)應(yīng)，在程序內(nèi)部運(yùn)算的結(jié)果均賦值給相關(guān)變量，在程序結(jié)尾處統(tǒng)一將變量賦值給相關(guān)位號(hào)。這一做法的目的，是防止由于主控制卡突然掉電，造成只執(zhí)行了一部分程序即進(jìn)行輸出的情況，保證生產(chǎn)安全。

3）做好聯(lián)鎖測(cè)試記錄。

聯(lián)鎖測(cè)試正常使系統(tǒng)投運(yùn)的基礎(chǔ)之一，在現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)前應(yīng)編寫好調(diào)試方案，并經(jīng)過用戶書面認(rèn)可，調(diào)試時(shí)詳細(xì)進(jìn)行聯(lián)鎖測(cè)試，任何聯(lián)鎖均可以看作是多輸入多輸出的一個(gè)對(duì)象，通過改變輸入判斷輸出是否符合聯(lián)鎖結(jié)果，并進(jìn)行詳細(xì)記錄。聯(lián)鎖的測(cè)試記錄必須全面、細(xì)致，避免偷工減料。想出一些異常情況進(jìn)行聯(lián)鎖試驗(yàn)。所有的記錄都得到工藝的書面認(rèn)可。

3 結(jié) 語

6＃～8＃三臺(tái)螺桿壓縮機(jī)DCS系統(tǒng)完成調(diào)試工作并已投運(yùn)，符合現(xiàn)場(chǎng)控制精度和工藝指標(biāo)要求，聯(lián)鎖控制程序已投入運(yùn)行，運(yùn)行效果良好。