调节阀控制功能的完善

2011-02-27彭年仔

化工与医药工程 2011年4期

彭年仔

（上海石油天然气有限公司天然气处理厂，上海 201304）

1 研究背景

某天然气处理厂目前使用超声波流量计对外输干气进行贸易计量，并利用该流量进行外输控制。虽然超声波流量计有精度高，维护方便等优点，但在实际使用过程中，气动控制阀在动作过程中的噪音及其他外界噪音都可能影响超声波流量计的正常工作，从而导致短时间内超声波流量计读数异常，甚至数据缺失。当外输干气流量调节阀FCV200投运时，由于突然出现较大的控制偏差，引起外输阀门迅速开大，使膨胀压缩机组转速突然升高，若操作人员不能及时进行正确干预，将导致膨胀压缩机组转速高高报而发生停车事故。故障出现后经多次与超声波流量计供应商沟通，采取了增强超声波流量计抗干扰能力的措施，降低了故障频度，但仍未彻底消除。因此，考虑通过调节阀FCV200控制功能的分析，挖掘DCS控制系统的潜力，寻求通过控制功能的改善来克服大偏差所引起波动的方案，同时也能防止操作人员在输入设定值时的误操作所引起的外输流量控制阀的波动。

2 控制功能的分析

某天然气处理厂采用FOXBORO公司的I/A′S系统，流量控制阀FCV200的控制逻辑由SUM1200_1、FIC1200_CAL、CALC_1、Z2SWCH200和Z2FIC200五个逻辑模块组成。控制逻辑图如图1所示。

（1）模块SUM1200_1（MATH），见图2。它是一个数学运算MATH模块，用于将三个外输干气超声波流量计FI201_1、FI200_1、FQ1200的读数累加，结果输出至RO01。

（2）模块FIC1200_CAL（CALC），见图3。它是一个计算CLAC模块，提供 50 步顺序执行的算术和逻辑运算功能，满足其它模块不易实现的特殊控制要求。该模块完成下列7个逻辑运算。

a) 一期膨胀机转速SI268 ≥3000 r时，布尔型输出BO03为0；

一期膨胀机转速SI268< 3000 r时，布尔型输出BO03为1。

b) 二期膨胀机转速SI1268 ≥3000 r时，布尔型输出BO04为0；

图1 FCV200调节阀的控制逻辑图

图2 SUM1200_1(MATH)运算功能块

二期膨胀机转速SI1268 <3000 r时，布尔型输出BO04为1。

c)若SI268或SI1268中有一个<3000 r时，布尔型输出BO02为1。

d)若SI268和SI1268全部<3000 r时，布尔型输出BO01为1。

e)若SI268和SI1268全部<3000 r时，RO01 =0。

f)若SI268和SI1268全部≥3000 r时，RO01 =1900。

g)若SI268和SI1268一个<3000 r，一个≥3000 r时，RO01=1200。

（3）模块CALC_1（CALCA），见图4。该模块的主要功能如下：

a)当膨胀机转速SI268和SI1268全部<3000 r时，输出BO01 = 0至FIC200（PIDA）模块的AUTOSW参数，将FIC200模块切换到手动状态。

图3 FIC1200_CAL(CALC)计算功能块

图4 CALC_1(CALCA)计算功能块

b)若SI268和SI1268只有一个<3000 r，或者全部>3000 r时，输出BO03至FIC200（PIDA）模块的REMSW参数，将FIC200模块切换到远程设定值状态，这时设定值将会自动跟踪FIC1200_CAL（CALC）模块的长整形输出RO01。

（4）模块Z2SWCH200（SWCH），见图5。

它是开关功能模块。当模块参数Toggle为0时，模块的输出值为INPUT1，当Toggle为1时，模块的输出值为INPUT2。该模块用于当工况处于ESD、 PAHH112高报、操作员手动停装置时，将Toggle参数置1，将INPUT2内的数值0送入FIC200（PIDA）模块内的HOLIM参数，将FCV200阀门开度的上限置0，达到闭锁关阀门的目的。

（5）模块Z2FIC200（PIDA），见图6。它为一个先进 PID 功能模块，除可执行传统的 PID 调节功能，组态成比例、积分、比例微分、比例积分和比例积分微分等五种控制方式外，还可实现前馈控制等附加功能。

图5 CALC_1(CALCA)计算功能块

图6 Z2FIC200先进PID控制功能块

综上述，外输干气调节阀FCV200采用传统PID控制，并通过一些逻辑功能模块增加输出钳位功能、非正常状态切手动功能及设定值远程跟踪功能。具体功能如下：

a)当一期生产装置出现ESD等动作，操作员手动关断状态时，FCV200阀门闭锁关闭。

b)当一期二期生产装置中膨胀压缩机组同时关断时，FCV200阀门置手动状态。

c)当一期二期生产装置中膨胀压缩机组膨胀机同时开启时，FCV200采用自动控制模式，同时设定值自动设为1900。

d)当有一台膨胀机停运时，FCV200采用自动控制模式，同时设定值自动设为1200。

3 控制功能的完善

尽管控制回路运行正常，为减小对外输流量计信号的波动和干扰，根据生产实际需求，我们仍修改和完善了调节阀控制功能。根据上述FCV200组态逻辑的分析，可采取下列措施。

3.1 FCV200控制偏差大时报警并切手动

图7 CALC_2（CALCA）计算功能块

建立图7所示CALC_2(CALCA)模块用于逻辑判别。即通过设置HDALIM和LDALIM两个参数实现，这两个参数分别是当测量值(MEAS)超过或低于设定值(SPT)一定数值时，将DALOPT偏差报警设置为1，因此，触发对应的高低控制偏差报警，同时HDAIND和LDAIND的布尔量输出值置1。

该功能块作用是将Z2FIC200的高低偏差指示器和FIC1200_CAL的布尔量输出BO01一起做逻辑判定，三个条件中只要有一个条件满足，则输出CALC_2.BO02为1，反之若三个条件逻辑输出都为0，则CALC_2.BO02为0。然后再以CALC_2. BO02替代FIC1200_CAL模块的BO01参数来驱动Z2FIC200模块的手动输出开关MANSW，这样就可以在不影响原来逻辑功能的基础上实现控制偏差大时，实现阀门开度切换到手动控制的目的。

3.2 测量信号故障时切手动

可通过设置MBADOP参数为1来实现。该参数的作用是当PID模块的测量值显示为坏信号（BAD）时，将模块的输出值切手动，同时提示操作人员进行报警确认，一直到坏信号故障消除为止。只有通过操作人员将手动状态切换为自动状态，PID模块才能恢复为自动运行，该参数和MANSW参数一样在手/自动选择参数里具有最高的优先级。