DCS系统在透平螺杆压缩机项目的应用

2015-12-03方颖娣马奉伟

纯碱工业 2015年2期

孙煜，方颖娣，马奉伟

（青岛碱业股份有限公司，山东青岛 266043）

青岛碱业股份有限公司是以生产经营纯碱、化肥、热电及相关精细化工产品为主的大型综合性化工企业，其中，纯碱制造方面主要利用侯氏制碱法作为生产工艺。随着公司纯碱节能技改项目的逐步实施，压缩车间需增加三台螺杆压缩机，用以满足重碱车间和煅烧车间CO2气量的需求，相应地，对DCS控制系统提出了新的要求，即保证原有压缩工序自动化控制正常的情况下，完成DCS系统改造项目。

1 DCS系统在我公司的应用

现我公司压缩车间、盐水车间和小苏打车间使用浙江中控DCS系统对现场进行监控和控制，其稳定性和可靠性基本满足生产控制的要求，可维护性和兼容性较高，其优点在压缩车间表现得尤为明显。

2 压缩车间DCS系统改造前、后状况

2.1 原投运情况

2.1.1 系统概述

SUPCON JX－300XDCS系统的基本组成包括工程师站、操作站、控制站和过程控制网络组成。

1）工程师站

工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维护工具。通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制等。而使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调校等。

2）控制站

控制站是系统中直接与现场打交道的I／O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。控制站可冗余配置，灵活、合理，由主控制卡、数据转发卡、I／O卡件和供电单元组成。

3）操作站

操作站由工控PC机、CRT显示器、操作员键盘、鼠标等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。高性能工控机、卓越的流程图机能、多窗口画面显示功能可以方便地实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集中管理。

2个控制站分布在两个机柜，每个控制站包含一对控制器（互为冗余），分别对（1～3）＃压缩机和4＃、5＃压缩机相关数据进行检测、控制和处理，通过网络完成与操作站的数据传输。

控制站采用冗余方式供电配置模式，即每个控制站的供电使用市电和UPS两路电源供电，任何一路电源断电，不会影响其正常供电。所有控制站、操作站、继电器端子柜作保护接地，接地电阻小于2Ω。

2.1.2 网络结构

应用于我公司的JX－300XDCS系统的通信网络分两层，包括过程控制网络（SCnetⅡ）和控制站内部I／O控制总线（SBUS）。

1）SCnetⅡ网

系统采用的过程控制网络即双高速冗余工业以太网SCnetⅡ，它直接连接了系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等，具有很高的实时性和可靠性。通过双绞线将HUB、主控制卡和操作站的RJ45接口连接起来，作为传送过程控制实时信息的通道，完成信息、控制命令等的传输，双重化冗余设计，即在其中任一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输，使得信息传输安全、高速。

2）SBUS总线

SBUS总线是控制站内部I／O控制总线，主控制卡、数据转发卡、I／O卡通过SBUS进行信息交换。

SBUS总线分为两层：

第一层为双重化总线SBUS－S2。SBUS－S2总线是系统的现场总线，物理上位于控制站所管辖的I／O机笼之间，连接了主控制卡和数据转发卡，用于主控制卡与数据转发卡间的信息交换。

第二层为SBUS－S1网络。物理上位于各I／O机笼内，连接了数据转发卡和各块I／O卡件，用于数据转发卡与各块I／O卡件间的信息交换。

SBUS－S1和SBUS－S2合起来称为JX－300 DCS的SBUS总线，主控卡通过它们来管理分散于各个机笼内的I／O卡件。SBUS－S2级和SBUSS1级之间为数据存储转发关系，按SBUS总线的S2级和S1级进行分层寻址。

2.1.3 软件特点

应用组态软件SCKey，利用图形化编程，通过调用各个模拟量和开关量的位号和临时变量形成停车条件，实现联锁停车控制，降低了使用硬件可能造成的故障率，提高了透平机运行的稳定性。

2.2 改造后情况

2.2.1 基本构想

根据生产需要，纯碱节能技改项目增加6＃～8＃螺杆压缩机，满足制碱车间CO2气量的需求。压缩车间是至关重要的生产车间之一，因此DCS改造项目必须在不影响原有自动化控制和设备运转的前提下进行组态、安装、调试、试车和投运。沿用原煅烧DCS系统只需增加部分控制部件能很好地做到这一点，且操作站不必添加任何硬件，只需增加部分组态即可。这样既保证了生产的正常运作，也避免了考虑两种系统兼容性的繁复。

2.2.2 系统布置

压缩车间新增螺杆压缩机的DCS系统采用原煅烧岗位浙江中控JX－300X系统，并与原透平岗位DCS系统JX－300X系统合并为一套系统。这两套系统于2000年投用，煅烧由一对控制器和两台操作站组成，透平由两对控制器和三台操作站组成，两套系统于2007年5月份进行软件和操作站升级，软件版本改为3.16。在此基础上，新增一对控制器、部分数据转发卡、卡件以及一台HUB等相关构件，通过网络互联调试完毕即完成系统硬件的合并工作。扩展后，合并为四对控制器，开关量输出信号通过继电器发送给电气，保持基本网络结构不变，图1为JX－300X系统结构图。

图1 JX－300X系统结构图

系统新增148个模拟量输入／输出点，144个开关量输入／输出点；改造完毕，整个系统共计369个模拟量输入／输出点，194个开关量输入／输出点。

2.2.3 软件组态设计

图形化编程软件（SCControl）是SUPCON WebField系列控制系统用于编制控制方案的图形编程工具，集成了LD编辑器、FBD编辑器、SFC编辑器、ST编辑器，为用户提供高效的组态环境，与系统组态软件SCKey联合完成控制方案组态。

此次新增停车联锁控制与主机、主辅油泵、加热器等的联锁开停车控制，主要使用图形化编程的梯形图（LD）语言。它在原电气控制系统中的接触器、继电器梯形图基础上演变过来，与电气操作原理相呼应，形象、直观和实用；通过触点、线圈和功能块来构建控制方案，有效地控制了系统的开、停车次数，提高了透平机的工作效率。图2为6＃机联锁开停车程序。

图2 6＃机联锁开停车程序

2.2.4 联锁调试

对于6＃、7＃、8＃透平机，系统联锁程序在设计时，结合DCS和工艺多方面考虑，重视调试过程中可能出现的生产安全问题。

1）进行联锁条件的滤波处理。

在现场运行调试时，模拟量输入信号、开关量输入等信号容易受外界干扰，易引入虚假信号，为保证正常生产不受影响，需对联锁条件进行条件判断，只有当联锁条件连续几个采样周期都成立时，触发联锁条件，可根据情况，延迟2～3s触发联锁条件。本次程序中设备启停发送信号应用TP模块是对联锁起滤波处理作用的，即当联锁条件满足的时间超过5秒钟延时时间，才输出联锁信号，启停设备。

2）只允许有一个对输出位号赋值操作。

在程序中，对于每一个输出位号应该有一个变量与之对应，在程序内部运算的结果均赋值给相关变量，在程序结尾处统一将变量赋值给相关位号。这一做法的目的，是防止由于主控制卡突然掉电，造成只执行了一部分程序即进行输出的情况，保证生产安全。

3）做好联锁测试记录。

联锁测试正常使系统投运的基础之一，在现场联调前应编写好调试方案，并经过用户书面认可，调试时详细进行联锁测试，任何联锁均可以看作是多输入多输出的一个对象，通过改变输入判断输出是否符合联锁结果，并进行详细记录。联锁的测试记录必须全面、细致，避免偷工减料。想出一些异常情况进行联锁试验。所有的记录都得到工艺的书面认可。