基于TSxPlus 系统的约克冷冻机组联锁控制改造

赵富兴 张宏军 张颜鹏 吴 冬 荣学生

（中国石油辽阳石化分公司仪电中心）

中国石油辽阳石化分公司尼龙厂（以下简称尼龙厂）3 套冷冻机采用的是约克水冷离心机系列产品，投用时机组运行情况良好，但是近年来却频繁出现故障，均出现了控制面板线路老化腐蚀现象，且在日常运行过程中频繁黑屏，导致机组停运，装置非计划停工，给装置正常生产带来了很大的困扰。 虽然维护人员在更换端子板等一系列备件后使得冷冻机组能够运行，但是却未能从根本上解决问题，机组故障仍然频繁发生。 为此， 中国石油辽阳石化分公司经过多方研讨论证，决定对尼龙厂约克冷冻机组进行联锁控制改造。

1 改造方案及论证

为解决冷冻机组系统故障尼龙厂提出了两种方案［1］：

a. 第1 种方案是从约克冷冻机厂家引进一套新的控制系统。 该方案的优点是控制方案比较成熟，系统短时间运行比较平稳；缺点是成本高，而且以后每次故障都需要联系厂家人员到现场处理，故障处理时间周期长。

b. 第2 种方案是利用其他控制系统来实现冷冻机组的联锁控制功能。 该方案的优点是节约改造成本，并且改造后维护人员可以掌握新控制系统的操作与维护，可以自主处理故障，节约时间成本；缺点是需要自主选择控制系统，改造具有一定的不确定性。

经过多次研讨论证，尼龙厂最终决定采用第2 种方案， 选用康吉森的TSxPlus 系统来实现冷冻机组的联锁控制功能。 该系统是基于硬件容错安全控制技术的逻辑与过程控制系统，可以实现冷冻机组的全部控制功能，并且可靠性也能满足现场的实际需要。 TSxPlus 系统具有以下特点：

a. 三重冗余架构，具有容错特性，主控制器运行时可满足SIL3 的要求，智能化I/O 模块降低了主控制器的负荷。

b. 支持3-2-1-0 降级模式， 可承受苛刻的工业环境。

c. 正常运行过程中可进行模块级现场安装和维护，更换I/O 模块时不需要拆卸现场接线。

d. 系统最多支持64 个控制站， 单控制站最多支持1 个主机架加14 个扩展机架。

e. 系统具有多种故障诊断与报警功能，当系统诊断到故障后， 模块指示灯会显示故障状态，也会在上位机上显示故障报警信息。 用户可根据诊断信息采取纠正或维修措施。

2 改造方案实施

2.1 硬件组态

统 计 现 场I/O 点 数：AI 为21 点，AO 为4点，DI 为9 点，DO 为11 点。 根据现场I/O 点数量， 需要配置的卡件包括：32 通道AI 卡1 块，16 通 道AO 卡1 块，32 通 道DI 和DO 卡 各1块。

现场只需一个机架即可满足要求。 机架配置完成后，现场敷设电缆，将冷冻机组的I/O 信号引入TSxPlus 系统，TSxPlus 系统机柜放置于专用的机柜室内，机柜室内的温湿度等环境条件均需满足系统运行要求。

2.2 软件组态

利用ARCHITECT PROGRAM 编程工具的FBD 语言， 将冷冻机组联锁逻辑形成程序块，下装到TSxPlus 系统的控制器中， 控制器的DO 卡输出联锁信号，用以驱动系统机柜中的继电器动作，从而实现冷冻机组的联锁控制功能。

2.3 上位机操作界面HMI 组态

上位机HMI 操作界面共13 幅， 主要包括系统登录界面、冷冻机主界面、控制界面、报警界面及跳车界面等。 在冷冻机现场增加一台触摸屏控制的操作站，可以在现场实现冷冻机组的运行监控、启停控制等功能，给机组操作和维护带来极大的便利。

2.4 系统供电和接地

系统220V（AC）供电采用双路电源冗余的方式，即一路供电引自变电所的UPS，另一路供电引自与UPS 分隔的独立市电，保障了供电的可靠性；24V（DC）供电采用两个24V 电源模块冗余的方式，即其中一个模块故障不会影响系统的正常运行。

系统的工作地和安全地各自独立，并且各自用6mm2的接地铜线汇总到各自的接地排， 保障了系统接地的可靠性。

2.5 控制功能调试

改造后，由厂家和仪表人员一起按照逻辑进行联锁校验，由工艺人员参与，一一验证冷冻机组操作和联锁控制功能。

2.5.1 启动前检查

启动前检查包括： 检查油箱温度是否达标，检查油泵启停是否正常，检查冷冻水泵导流叶片是否为关闭状态。

2.5.2 启动过程

当启动前检查全部合格以后， 点击启动按钮，并且在50s 内完成预润滑操作。

2.5.3 启动后的控制功能

冷冻水出水温度控制：当压缩机达到其运行速度后， 通过比例-微分控制器调节叶片开度来实现冷冻水出水温度的恒定。

冷凝器液位控制：通过一个可变节流孔板来控制流入蒸发器的制冷剂流量，在程序控制下自动调节可变节流孔板，使冷凝器中的液位达到设定值。

当检测到喘振时，可以采用以下控制模式：

a. 如果未设定延长运行点， 当冷冻机在3min 内喘振次数大于限定次数时，系统选择安全停机。

b. 如果设定了延长运行点， 当冷冻机在3min 内喘振次数大于限定次数时， 冷冻机进入10min 延长运行模式，此时导流叶片无变化；如果在延长运行的10min 内，冷冻机的喘振次数达到另外一个设定值，则系统选择安全停机。

2.5.4 润滑油系统

系统远置的油槽中装有电机驱动的浸入式油泵，该油泵采用变频调节，机组停机时，当导叶完全关闭后，可继续运行150s，再停止油泵；油泵装有手动测试按钮，可进行启停测试。

2.5.5 停机条件

机组停机分为正常停机和联锁紧急停机，正常停机后再启动不需要复位，联锁紧急停机再启动时需要进行手动复位。

正常停机条件有：润滑油温差过低，润滑油温度过低，冷冻水出水温度过低，冷冻水出水水流开关断开。 当各参数恢复到正常时，机组重新启动。

联锁紧急停机条件有： 蒸发器压力过低，蒸发器压力传感器或出水温度探头故障，蒸发器压力传感器或温度传感器故障，冷凝器高压保护触点断开，冷凝器压力过高，冷凝器压力传感器超出量程，排气温度过高，排气温度过低，润滑油温度过高，润滑油压差过小，润滑油压差过大，润滑油压力过低， 止推轴承位置传感器超出范围，止推轴承油温过高。

3 系统调试过程中的问题处理及总结

3.1 电机轴承温度波动

新系统投用后，冷冻机运行时电机轴承温度出现大幅波动， 而冷冻机停止时温度又指示正常。 经维护人员检查，发现电机轴承的温度探头接线端子处有碰壁现象，机组运行时由于本体振动造成端子碰壁接地，引起温度大幅波动，现场增加绝缘措施并紧固端子后， 温度指示恢复正常。

3.2 现场触摸屏电脑死机

新系统运行一段时间后，冷冻机组现场的触摸屏出现了死机现象，需要重启才能正常，经厂家维护人员到现场处理判断，发现现场触摸屏电脑的系统版本不对，与软件有兼容性冲突，导致运行缓慢，发生死机的现象。 厂家人员对触摸屏电脑进行了系统升级后，现场触摸屏电脑死机的问题得到了解决。

3.3 系统改造的经验总结

总结本次冷冻机组的联锁控制改造过程，可以得出：

a. 系统的可靠性和稳定性非常重要，直接影响到改造后机组的平稳运行，因此需采用成熟可靠的控制系统；

b. 联锁模拟试验很有必要；

c. 新电脑一定要采用正规厂家的产品，电脑操作系统的稳定性会直接影响控制程序软件的运行，因此一定要确保其软、硬件兼容性均符合要求；

d. 一定要做好资料归档工作，改造涉及冷冻机组的全部联锁、控制，因此资料的完善和准确对日后的维护和故障处理非常重要，不仅要单独成册，而且要在原图纸上标明新资料的名称和更新日期，以保障最新版图纸能够得到使用。

4 结束语

本次改造进展顺利，实现了尼龙厂3 套约克冷冻机组一次投运成功，这得益于改造前的充分方案论证和模拟试验，以及对改造工作量、备件材料消耗和改造指标的准确预估。 改造实施后，TSxPlus 控制系统状况良好，各项运行参数、报警信息记录完善；机组操作、维护方便；系统改造后优化了机组的负荷控制，3 台机组电机运行电流都有了较大幅度的降低， 达到了节能降耗的效果，对装置的平稳生产具有重大意义。