T6300压缩机控制系统在催化裂化装置中的应用(上)

伍 凌 蒋 跃 郭君峰

(1.浙江水利水电学院，杭州 310018；2.浙江中控技术股份有限公司，杭州 310053)

Rockwell公司研发的ICS Trusted控制系统应用非常广泛，涉及石油、化工、冶金及铁路等领域。ICS Trusted的T6300压缩机控制系统(Compressor Control System，CCS)是应用在机组综合控制方面的典范，与其他控制系统相比，其突出优势在于：综合实现ESD/SIS功能，具有信号指示、振动/位移棒/柱显示、历史和实时记录、事件报警、机组控制(防喘振控制、调速及PID控制等功能)及故障诊断等功能；1ms事件顺序记录(SOE)功能；与DCS相比，具有响应速度快、运行稳定且为三重化控制系统(TMR)等特点；与ESD联锁控制系统相比，具有三重化、冗余容错控制系统且扫描时间为毫秒级(根据系统配置大小来决定)的特点；具有冗余三重化处理器CPU，在线切换不降级，保证系统(包括I/O模块)都具备在线冗余切换功能；具有真正安全的控制系统，可以达到3-3-2-0降级模式，确保装置和机组安全；脉冲PI模块，满足API670机械保护标准(独立的三取二超速保护器功能)；在线下装程序不受影响；具有I/O通道模块硬点，可以100%强制所有I/O通道点(包括备用点)为FAT测试提供方便；具有I/O通道模块LED灯，颜色可进行自定义和组态；具有专用的机组控制功能块。

下面针对ICS Trusted的T6300压缩机控制系统，在滨化催化裂化装置中的应用实例介绍机组的组成、系统的硬件结构、通信和主要控制方案的设计与实施。

1 机组组成①

催化裂化装置的核心是大型机组，大型机组主要包括轴流式主风机组(供催化裂化装置再生器催化剂燃烧用空气)、富气压缩机组(分馏塔塔顶富气压缩，供吸收/稳定区)和增压机组(再生器催化剂提升风)。

1.1 轴流式主风机组

烟机、轴流式主风机(主风机)和电机/发电机组成了主风机三机组，其控制流程如图1所示。电机与主风机之间有变速箱(其齿数比为4.212)，电机转速为1 485r/min(低速齿)，烟机和主风机的转速为6 254.82r/min(高速齿)，转速探头安装在烟机上，在二机组运行情况下(不包括烟机)，无法看到机组转速，在变速箱低速端安装了鉴相探头，通过Bently系统可以间接地看到电机/发电机的转速为1 485r/min。如果需要获悉主风机的转速，将变速箱的齿数乘以电机的转速即可，此处主风机的转速为1 485r/min×4.212=6 254.82r/min。

图1 主风机三机组仪表控制流程

1.2 富气压机组

汽轮机和富气压缩机(气压机)组成了气压机二机组，气压机二机组的控制流程如图2所示。

图2 气压机二机组控制流程

1.3 增压机组

电机和离心风机(增压机)组成了增压机二机组，增压机组共有两台，分别定义为K102A增压机A和K102B增压机B，其控制流程如图3所示。

图3 增压机二机组控制流程

2 系统硬件和通信

2.1 I/O模块点表和配置汇总

T6300压缩机控制系统中，I/O模块点表和配置汇总见表1，其中要求总点数、模拟数量、支持总点数、实际总点数需要根据用户提供的点数进行填写。

表1 I/O模块点表和配置汇总

然后根据I/O点表配置系统硬件(ICS T6300系统硬件和Bently3500系统)。

ICS T6300系统硬件包括：冗余电源1对、主机架1个、扩展机架3个、交换机1对，模块+安全栅+继电器数量见表1。系统机架和硬件配置如图4所示。

图4 T6300系统机架和硬件配置

Bently3500系统硬件包括：主风机机架1个、气压机机架1个，并且分别增加了ICS系统专用风扇组T827，以保证Bently3500系统温度在正常范围内。系统机架和硬件配置如图5所示。

图5 Bently3500系统机架和硬件配置

2.2 通信协议

系统通信模块IP设置为：主模块CI1 IP地址192.168.10.1，子网掩码255.255.255.0；冗余模块CI2 IP地址192.168.20.1，子网掩码255.255.255.0。

系统通信是检验一个系统能否正常工作的必要条件。为保证通信畅通，可以从3个方面入手进行检验。

2.2.1系统通信接口接线

通信模块端口1为连接3500系统的通信接口电缆接线，端口2和端口3为连接DCS系统的通信接口电缆接线，系统通信电缆接线如图6所示。

图6 系统通信电缆接线

2.2.2采用主/从接口模块T8122实现与Bently系统通信

在处理器背后安装一个主通信协议接口模块T8122实现与Bently系统通信。

Bently接口模块的IP地址设置：Bently机架1网卡的IP地址为92.168.10.5，子网掩码为55.255.255.0；Bently机架2网卡的IP地址为192.168.10.6，子网掩码为255.255.255.0。

配置Slave 1对应Bently机架1的通信转换地址如图7所示。Slave 2对应Bently机架2的通信转换地址也用相同的方法配置。

2.2.3系统网络结构

系统配置的两块通信模块T8151B实现了通信冗余，支持开放网络，可实现读取SOE功能、MBTCTIP驱动服务功能，实现TCP/IP和IEEE802.3协议，通信速率可达10Mbit/s，具有通信性能强及速度快等优点。支持以太网通信功能与上位机HMI冗余切换通信功能。

使用T8151B通信模块提供的RS485通信口，以Modbus协议作为标准与DCS和Bently通信。系统网络结构如图8所示。

图7 Slave 1对应Bently机架1的通信转换地址配置界面

图8 系统网络结构示意图

2.3 网络通信冗余配置

网络通信卡T8151B采取双模块冗余配置，并结合两个交换机(HUB)实现网络冗余，每一个HUB的RJ-45可以接一台或多台计算机(每台计算机为双网卡，上位显示控制操作系统建议采用InTouch10.1)。

上位机网卡IP地址配置如下：

a. 操作站101网卡1的IP地址为192.168.10.101，子网掩码为255.255.255.0；网卡2的IP地址为192.168.20.101，子网掩码为255.255.255.0。

5.正确把握经济特征与其他特征的辩证关系。司法实践中，许多黑社会性质组织的经济特征并不十分典型。比如说，西北地区的黑社会性质组织的资金来源多为犯罪所得以及被害人被迫提供，通过合法经营获取利润作为原始资金积累的仅占黑社会性质组织的15%，这是由于地区经济发展原因导致的经济特征不明显。但是，可以肯定的是，任何一个黑社会性质组织想要壮大组织、发展黑恶势力，都必须获得一定的经济支持，在经济发展较为活跃的地区则更为明显。因此，在认定方法上应以“非法控制特征”为核心，用辩证的、系统的观点分析“四个特征”的内在联系。

b. 操作站102网卡1的IP地址为192.168.10.102，子网掩码为255.255.255.0；网卡2的IP地址为192.168.20.102，子网掩码为255.255.255.0。

c. 操作站103网卡1的IP地址为192.168.10.103，子网掩码为255.255.255.0；网卡2的IP地址为192.168.20.103，子网掩码为255.255.255.0。

2.4 网络通信检查

T6300控制系统通信模块默认的IP地址为192.168.10.1(双模块默认的第二IP地址是192.168.20.1)。

对于操作站或工程师站，也必须各指定一个IP地址。比如工程师站100，其网卡1的IP地址为192.168.10.100，子网掩码为255.255.255.0；网卡2的IP地址为192.168.20.100，子网掩码为255.255.255.0。

这样就可以通过ping命令，进行网络通信检查。如果ping 192.168.10.1(192.168.20.1)通过，说明网络通信正常，否则需检查不通过的原因。也可以采取连续ping命令，如：ping 192.168.10.1-t，检查通信是否正常。

3 T6300压缩机控制系统控制方案实例

3.1 轴流风机三机组控制方案

3.1.1启动

需要注意的是：三机组联锁停机时，电机要求必须延时15min(倒计时显示)后，联锁才能复位，防止电机线圈过热导致烧毁。

3.1.2再生器压力与烟机转速输出低选

3.1.2.1烟机转速控制和转速保护

在图9中，烟机转速保护控制调节器有两个作用，即烟机升速控制和超速保护控制，如图10所示。烟机转速保护控制调节器，测量值为烟机的3个速度信号，量程范围0～7 000r/min。3个烟机转速均正常时，烟机转速取中间值；有一个烟机转速信号故障时，取最大值。最终输出的烟机转速显示为51_SI_1481ABC。每个烟机转速高于6 445r/min时报警，烟机转速达到6 570r/min时，三取二高高联锁报警。当主风机安全运行动作，置0时(正常置1)烟机入口蝶阀输出范围从0%～100%限制为0%～40%，防止甩负荷现象出现。

图9 轴流风机三机组启动顺序逻辑界面

3.1.2.2烟机转速调节输出与再生器压力调节输出低选

当烟机入口蝶阀自动操作信号置0时(自动操作没有启动)，强制烟机入口蝶阀输出为0；如果烟机入口蝶阀自动操作信号置1，烟机转速调节输出与再生器压力调节输出进行低值选择，最终PID输出(安全运行时限制输出0%～40%)为低选值。烟机入口蝶阀为风开阀，如图10所示。

图10 再生器压力与烟机转速输出低选逻辑

轮盘温度调节和烟机密封差压调节控制此处略去，不作介绍。

3.1.3静叶控制器调节

主风机静叶调节器输入为主风机出口流量，为保证主风机出口流量的可靠性，主风机出口设有3个流量变送器，范围0～170 000Nm3/h。每个流量低于79 200Nm3/h时进行三取二联锁逻辑。

静叶控制调节器的测量值是通过主风机流量的温压补偿选择开关(置0主风机流量进行温压补偿，置1主风机流量无温压补偿)实现的，经过选择后主风机的出口总流量如图11所示，3个流量均正常时，流量取中间值；有一个流量信号故障时，取最大值。最终输出流量显示为a51_FI_1401BCDm，没有经过温压补偿处理。经过主风机出口温度和主风机出口压力温压补偿模块处理后，输出温压补偿后的总流量。

图11 主风机静叶控制回路画面

当主风机组进入安全运行时，强制静叶控制器为手动，保持静叶位置不变，避免静叶紧急关闭，导致机组发生喘振。

当三机组从正常进入联锁逻辑，并且转速为0时，延时5min后输出将自动操作指令置0并经过反向处理后，进行与操作输出置1，使得静叶调节器输出为0。主风机启动时，静叶角度需要满足不小于22°，原因是机械已经限位最小22°。

由于调节器在没有满足条件的情况下，调节器输出被限制，所以真正的静叶调节器输出为调节器下面的总输出显示值。