K201壓縮機(jī)潤滑油聯(lián)鎖程序的探討及完善

苑雙英，井 雷

（中國石油天然氣股份有限公司 遼陽石化分公司 儀電中心，遼寧 遼陽 111003）

1 壓縮機(jī)及控制系統(tǒng)

環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置采用乙烯純氧氧化法生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。反應(yīng)的循環(huán)氣從塔頂經(jīng)汽液分離罐脫水后進(jìn)入K201循環(huán)氣壓縮機(jī)，經(jīng)過壓縮做功，出口一路進(jìn)入C201二氧化碳吸收塔，吸收副反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳，一路作為C201塔副線，兩路匯合后送至M101氧氣混合站，形成閉路循環(huán)[1]。K201循環(huán)氣壓縮機(jī)是環(huán)氧乙烷/乙二醇裝置的核心機(jī)組，也是整個(gè)工藝流程的心臟。其主要作用是驅(qū)動(dòng)循環(huán)氣保證在1.7MPa（G）的壓力，500t/h的流量下高速循環(huán)流動(dòng)，從而滿足循環(huán)氣系統(tǒng)的工藝運(yùn)行條件。

K201循環(huán)氣壓縮機(jī)產(chǎn)于GE公司，型號(hào)DH7M，由5360KW電機(jī)驅(qū)動(dòng)。目前PLC因?yàn)榫哂幸?guī)模可大可小，處理速度快，組成靈活，經(jīng)濟(jì)性好等諸多優(yōu)勢(shì)，使其在各行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其用于機(jī)組控制，有著很多成功的案例。在系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)化中，PLC處于關(guān)鍵的位置[2]。

K201機(jī)組控制系統(tǒng)為Rockwell公司的ControlLogix系列PLC，CPU型號(hào)為1756-L55M22。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，控制器采用冗余方式，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)切換，系統(tǒng)具體配置為：電源卡冗余，型號(hào)1756-PA72/C，IO卡全部非冗余，AI卡型號(hào)1756-IP61/A，AO卡型號(hào)1756-OF4/F，DI卡型號(hào)1756-IB32/B，DO卡型號(hào)1756-OB16I/A，通訊卡冗余型號(hào)1756-MODULE。工程師站是DELL GX620，軟件版本：RSLOGIX 5000 V20。

2 原有聯(lián)鎖控制程序分析

2.1 K201壓縮機(jī)組潤滑油回路簡(jiǎn)述

壓縮機(jī)組潤滑油在油箱內(nèi)通過電加熱器進(jìn)行預(yù)熱，并由兩臺(tái)潤滑油泵采取一用一備的方式，通過油冷器、過濾器后送到潤滑油總管，在分別通過流量調(diào)整閥門控制流量進(jìn)到需要潤滑的部件上，在經(jīng)過油回流管線返回到油箱內(nèi)。潤滑油總管上安裝有兩臺(tái)壓力變送器監(jiān)測(cè)潤滑油壓力，當(dāng)潤滑油壓力低到報(bào)警值后，經(jīng)PLC邏輯運(yùn)算后發(fā)出控制指令，啟動(dòng)備用油泵。

2.2 聯(lián)鎖邏輯分析

這臺(tái)壓縮機(jī)的控制邏輯采用了梯形圖進(jìn)行編制，便于分析邏輯動(dòng)作順序，先通過工程師站與CPU建立通訊，將邏輯變量的實(shí)際狀態(tài)讀取上來。為了分析出現(xiàn)電氣晃電對(duì)機(jī)組油泵運(yùn)行產(chǎn)生的影響，經(jīng)過認(rèn)真地研讀邏輯圖，并解析原機(jī)組廠家編制的控制邏輯，對(duì)各種可能發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行探討，最終確認(rèn)此次壓縮機(jī)停機(jī)原因?yàn)镻ALL2151油壓低低聯(lián)鎖動(dòng)作引起，本文以PALL2151為例來分析聯(lián)鎖控制程序。

PIT-2151A與PIT-2151B是潤滑油總管上相鄰的兩臺(tái)壓力變送器，兩者量程范圍一致，都用來測(cè)量潤滑油壓力。兩臺(tái)變送器都是羅斯蒙特的3051C系列產(chǎn)品，性能可靠、工作穩(wěn)定。

圖1是PASLL-2151聯(lián)鎖動(dòng)作的邏輯圖，從圖中可以看出，“PIT_2151A.LL_ALM”和“PIT_2151B.LL_ALM”同時(shí)為ON時(shí)，經(jīng)過一個(gè)延時(shí)模塊TON，“PIT_2151A.LL_ALM”和“PIT_2151B.LL_ALM”同時(shí)為ON的時(shí)間超過延時(shí)時(shí)間后，“PALL_2151”為ON。原邏輯上在此處雖然采用了延時(shí)功能模塊，但是延時(shí)時(shí)間設(shè)置為“0”，實(shí)際上是沒有延時(shí)功能。這是一種模式化的聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)，為以后增加相應(yīng)功能留下伏筆。

圖1 潤滑油低油壓報(bào)警邏輯圖Fig.1 Logic diagram of low lubricating oil pressure alarm

為了保證故障信息不因閃動(dòng)自行消失，程序采用了自保持的方式，鎖住出現(xiàn)的故障。如果想在故障恢復(fù)后，邏輯正常運(yùn)行，必須用變量“PALL_2151_RESET”對(duì)“PALL_2151”進(jìn)行復(fù)位。同時(shí)，為了便于判定聯(lián)鎖動(dòng)作原因，程序內(nèi)設(shè)置了第一故障報(bào)警邏輯，并在操作員站上顯示第一故障報(bào)警信息，使操作人員、技術(shù)人員能第一時(shí)間判定原因做出響應(yīng)。

圖2 中第1行4個(gè)條件觸發(fā)“common_trip_A”分別是現(xiàn)場(chǎng)操作盤的急停按鈕，來自3500框架的軸位移高聯(lián)鎖信號(hào)和兩個(gè)流量高聯(lián)鎖信號(hào)；第2行來自3500框架的軸振動(dòng)高聯(lián)鎖信號(hào)，來自3500框架的溫度高聯(lián)鎖信號(hào)、潤滑油壓力低聯(lián)鎖信號(hào)，來自其他聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖信號(hào)等4個(gè)條件觸發(fā)“common_trip_B”，第3行“common_trip_B”經(jīng)過5000ms延時(shí)后與“common_trip_A”觸發(fā)“common_trip”。通過這段程序解讀，可以看出外方原邏輯內(nèi)對(duì)軸位移聯(lián)鎖信號(hào)、急停信號(hào)以及兩個(gè)氣體流量高信號(hào)是不允許延時(shí)的，而對(duì)于潤滑油壓力低聯(lián)鎖等4個(gè)信號(hào)延時(shí)了5s。

圖2 K201主電機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖邏輯圖Fig.2 K201 Main motor shutdown interlock logic diagram

圖3 第7行，壓縮機(jī)啟動(dòng)按鈕“compressor_STRT”觸發(fā)“XS_4”，“XS_4”為PLC的DO點(diǎn)去電氣MCC啟停壓縮機(jī)的主電機(jī)。主電機(jī)控制回路里來自PLC的“XS_4”信號(hào)閉合就啟動(dòng)，信號(hào)斷開就停機(jī)。電機(jī)啟動(dòng)后，電氣返回電機(jī)狀態(tài)信號(hào)“XC_3”，并與第6行“common_trip”和其他5個(gè)條件共同觸發(fā)“compressor_hold”，并保持“XS_4”為ON。

圖3 PLC去電氣MCC控制邏輯圖Fig.3 PLC to electrical MCC control logic diagram

從以上分析可以看出，“PIT_2151A.LL_ALM”和“PIT_2151B.LL_ALM”同時(shí)達(dá)到低低值（0.35 kg/cm2)后，動(dòng)作并保持，5s后機(jī)組因油壓低低聯(lián)鎖動(dòng)作停機(jī)，達(dá)到聯(lián)鎖保護(hù)的目的。

此次因電氣晃電，造成主油泵停運(yùn)，在“PIT_2151A.LL_ALM”和“PIT_2151B.LL_ALM”之前，PT_2155L動(dòng)作（動(dòng)作值1.38 kg/cm2）啟動(dòng)備用油泵，3s后油泵恢復(fù)正常。但是由于“PALL_2151”處于保持狀態(tài)，油壓恢復(fù)后圖2第3行的計(jì)時(shí)器仍然繼續(xù)計(jì)時(shí)，達(dá)到5s后發(fā)出停機(jī)指令。如果油壓恢復(fù)正常后想要停止計(jì)時(shí)器，必須通過按動(dòng)手動(dòng)復(fù)位按鈕觸發(fā)“PALL_2151_RESET”使“PALL_2151”復(fù)位，從計(jì)劃開始到油壓恢復(fù)正常需要3s時(shí)間，留給手動(dòng)復(fù)位的時(shí)間只有2s，對(duì)于操作人員來說，基本不能完成操作。

2.3 人機(jī)界面的作用

人機(jī)界面（Human Machine Interaction，簡(jiǎn)稱HMI），又稱用戶界面或使用者界面，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對(duì)話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。

K201壓縮機(jī)組人機(jī)界面采用InTouch軟件。InTouch是一個(gè)開放且可擴(kuò)展的HMI，擁有尖端的繪圖功能性，從而為應(yīng)用設(shè)計(jì)提供了無與倫比的動(dòng)力和靈活性。InTouch軟件提供了與工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的最廣泛的連通性，有著強(qiáng)大的繪圖功能和易用的綜合功能性。InTouch軟件是一個(gè)開放且可擴(kuò)展的HMI，提供了與工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的最廣泛的連通性。

K201壓縮機(jī)的人機(jī)界面沒有得到充分的利用，只是簡(jiǎn)單地將機(jī)組相關(guān)的流程顯示在畫面上，將全部工藝參數(shù)顯示給操作人員監(jiān)控，沒有充分利用其報(bào)警提示功能，畫面在條件滿足時(shí)自動(dòng)調(diào)出等。此次晃電后，如果人機(jī)界面系統(tǒng)能夠立刻彈出油壓低的報(bào)警信息，并提示操作人員應(yīng)采取的措施，操作人員依據(jù)提示立刻采取復(fù)位操作，可能會(huì)獲得另一種好的結(jié)果。

3 程序修改的探討

通過對(duì)程序的分析，發(fā)現(xiàn)油壓低低信號(hào)觸發(fā)后，操作人員很難在2s～3s的時(shí)間內(nèi)完成確認(rèn)復(fù)位操作，程序設(shè)計(jì)的初衷可能是在油壓低低信號(hào)產(chǎn)生后，機(jī)組必須停機(jī)，停機(jī)后人為確定油壓波動(dòng)的原因，再進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，這是基于機(jī)組安全方面的考慮。但是從設(shè)備安全角度來說，油壓低低信號(hào)觸發(fā)后立即停機(jī)才是最安全的，為什么又要延時(shí)5s，這個(gè)沒有太理解。由于無法與原設(shè)計(jì)人員聯(lián)系，原因也不得而知。既然原設(shè)計(jì)有油壓低低信號(hào)的5s延時(shí)，就說明油壓低低5s內(nèi)設(shè)備是安全的，如果5s內(nèi)油壓能夠恢復(fù)正常，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)也是安全的，因?yàn)橥C(jī)后也不是立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，慣性也是維持運(yùn)轉(zhuǎn)1min～2min。因此程序可以這樣做一個(gè)小的改動(dòng)：

將圖1中第12行的TON塊加5000ms的延時(shí)時(shí)間，將圖2第3行TON塊的5000ms的取消，這樣如果“PIT_2151A.LL_ALM”和“PIT_2151B.LL_ALM”同時(shí)產(chǎn)生低低信號(hào)，延時(shí)5s后，發(fā)出停機(jī)指令，與原程序執(zhí)行一致，當(dāng)“PIT_2151A.LL_ALM”和“PIT_2151B.LL_ALM”有一個(gè)條件在5s內(nèi)恢復(fù)到正常，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，不發(fā)出停機(jī)指令。由于取消了圖2第3行TON塊的延時(shí)，影響了圖2第2行中其他3個(gè)條件原有的延時(shí)，需要單獨(dú)對(duì)其他3個(gè)條件加5s延時(shí)（與圖1中第12行的TON塊加5000ms的延時(shí)時(shí)間方法相同），保持原有延時(shí)功能不變。

圖4紅圈部分為第一故障報(bào)警功能。當(dāng)“PALL_2151_FILTER.DN”動(dòng)作時(shí)，“PALL_2151_FIRST_TRIP”和“First_Trip_Bit”鎖定，同時(shí)排斥其他故障條件的鎖定。但是第一故障鎖定時(shí)并沒有判斷機(jī)組的狀態(tài)是否為運(yùn)行狀態(tài)，如果是主電機(jī)因斷電停機(jī)后產(chǎn)生的報(bào)警信息，同樣會(huì)被記錄為第一故障，干擾分析判斷。可以將程序改成如圖5。

圖4 低油壓第一故障報(bào)警邏輯圖Fig.4 Low oil pressure first fault alarm logic diagram

圖5 修改后低油壓的報(bào)警邏輯圖Fig.5 Modified low oil pressure alarm logic diagram

這樣，將主電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，所有信號(hào)不會(huì)進(jìn)入第一故障鎖存；當(dāng)主電機(jī)運(yùn)行時(shí)，只有第一個(gè)報(bào)警會(huì)進(jìn)入第一故障鎖存，其他后續(xù)報(bào)警將會(huì)因?yàn)椤癋irst_Trip_Bit”的常閉觸點(diǎn)被排隊(duì)在外，有利于對(duì)停機(jī)原因的分析。

在完成上述邏輯修改后，對(duì)人機(jī)界面的功能進(jìn)行完善。首先，完善報(bào)警信息，產(chǎn)生報(bào)警后立刻彈出相應(yīng)報(bào)警參數(shù)，發(fā)出聲響提示操作人員；其次，完善報(bào)警后如何處理的信息提示，指導(dǎo)操作人員迅速采取措施；第三，將PLC內(nèi)的聯(lián)鎖邏輯實(shí)現(xiàn)可視化，在人機(jī)界面上顯示出來，各變量的狀態(tài)也與PLC內(nèi)一致，讓操作人員在進(jìn)行操作時(shí)知道哪些條件不滿足操作要求繼而采取有針對(duì)性的操作；第四，將第一故障信息在人機(jī)界面上與聯(lián)鎖邏輯畫面相融合，讓操作人員易于判斷。

4 壓縮機(jī)的潤滑油控制邏輯的思考

壓縮機(jī)通常是化工生產(chǎn)裝置中的重要設(shè)備，其運(yùn)行是否正常將直接影響化工裝置的運(yùn)行，甚至可能導(dǎo)致裝置停工、出現(xiàn)安全事故。壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)工作是否正常是其能否可靠運(yùn)行的重要保證，在壓縮機(jī)的潤滑油系統(tǒng)中經(jīng)常是設(shè)計(jì)了兩臺(tái)油泵，其中一臺(tái)作為主油泵正常運(yùn)行，另一臺(tái)作為備用油泵。在壓縮機(jī)的潤滑油總管上會(huì)設(shè)置壓力測(cè)量點(diǎn)，監(jiān)測(cè)潤滑油總管上的壓力變化。當(dāng)壓力低于規(guī)定值時(shí)，會(huì)通過控制系統(tǒng)發(fā)出指令，啟動(dòng)備用油泵，兩臺(tái)泵同時(shí)工作，以保證潤滑油壓力滿足機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)要求。在實(shí)際工況中，往往在潤滑油總管壓力低發(fā)出啟動(dòng)備用油泵指令后，其油壓要經(jīng)歷幾秒鐘的時(shí)間才能恢復(fù)正常值，一旦這個(gè)恢復(fù)時(shí)間超過了聯(lián)鎖的延時(shí)時(shí)間，壓縮機(jī)就會(huì)聯(lián)鎖停機(jī)。

目前因?yàn)殡娋W(wǎng)晃電或者局部網(wǎng)段電源故障的問題時(shí)有發(fā)生，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主備油泵在低油壓情況下啟動(dòng)備用泵的聯(lián)鎖邏輯，往往因?yàn)橛捅玫男阅堋⒐苈飞线^濾器等因素的影響不能快速恢復(fù)壓力。這樣就出現(xiàn)了雖然電氣晃電時(shí)間很短暫，但是機(jī)組也因?yàn)橛蛪旱吐?lián)鎖動(dòng)作而停車，擴(kuò)大了晃電的影響。為了解決晃電對(duì)油泵的影響，對(duì)于采取主備油泵的機(jī)組，除了儀表專業(yè)的低油壓?jiǎn)?dòng)備用泵的聯(lián)鎖動(dòng)作外，還應(yīng)在電氣專業(yè)方面想辦法。可以采用將主備油泵電機(jī)運(yùn)行信號(hào)互相聯(lián)鎖的方式，也就是在主油泵運(yùn)行信號(hào)消失后，備用油泵不必等油壓降低到聯(lián)鎖值再啟動(dòng)，而是直接依據(jù)主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)來啟動(dòng)。這樣可以解決因?yàn)殡姎饣坞姸鴰淼挠绊憽?/p>

此臺(tái)壓縮機(jī)外方在潤滑油壓力低聯(lián)鎖邏輯的設(shè)置方面，過于注重于保護(hù)機(jī)組，沒有考慮工藝生產(chǎn)因壓縮機(jī)停機(jī)而帶來的次生風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。這往往與國內(nèi)對(duì)裝置運(yùn)行穩(wěn)定性的要求相背離，要敢于突破外方的固有思維，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況做出更為合理的潤滑油低壓聯(lián)鎖控制方案。

5 結(jié)語

通過對(duì)原隨機(jī)程序的分析，看到了外方技術(shù)人員在設(shè)備安全方面的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，但是也看到了外方技術(shù)人員的理念與我國石化行業(yè)平穩(wěn)生產(chǎn)方面的一些沖突。在程序設(shè)計(jì)上，不能說外方的設(shè)計(jì)就是錯(cuò)誤的，畢竟只有停機(jī)才是最安全的，但是過多的停機(jī)也給效益和效率甚至環(huán)保都帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn)，通過上面和程序修改，既保證了設(shè)備安全，又兼顧了平穩(wěn)生產(chǎn)，一舉兩得，同時(shí)由于第一故障報(bào)警部分的修改又增加了停機(jī)后原因的可追塑性。