WOODWARD505 调速系统与DCS系统的Modbus 通信

谢文奋 殷 慧 王志芳 冯卫东 张利军 何光乐

（中国石油天然气股份有限公司独山子石化公司信息网络公司）

大型机组是石油炼化装置的核心设备之一。某炼油厂现有6 套关键机组，采用杭州汽轮机厂生产的透平机， 汽轮机调速系统采用WOODWARD505， 与装置CENTUM VP、SIS、 本特利3500 系统相结合，实现机组的转速控制和联锁保护功能。 由于安装条件所限， 其中的4 套WOODWARD505 调速系统远离中控室， 安装于仪表机柜间或外操室，平时无人监视，出现故障时操作人员不能及时发现，而且无法判断故障原因，运行过程中几次出现报警提示未能被及时发现而造成非计划停机的情况，给关键机组的正常运行带来隐患。 WOODWARD505 控制器内部组态参数不清楚，逻辑关系不确定。 通信数据对应的地址码不确定。 控制系统的回路接线不清楚，回路中构成环节不明确。通过硬点连接至DCS 系统的转速调节信号， 在WOODWARD505 的转速控制远程投入到CENTUM VP 系统控制时，各装置投入远程控制的方法不一致，投入远程控制过于复杂，投入远程控制出现错误，导致压缩机非计划停车。 WOODWARD505 控制器自安装使用后未进行升级，软件组态参数也未备份。 WOODWARD505 调速系统过程控制数据无法实时监控，机组非计划停车后，无历史数据记录，给故障原因分析带来困难。 为此， 设计实现WOODWARD505 调速系统与CENTUM VP 系统的通信具有重要意义。

1 WOODWARD505 调速系统简介

WOODWARD505 调速器是以微处理器为基础的数字式转速调节器，专用于汽轮机转速控制。 汽轮机输入的两个转速信号进入调节器经高选后，与调节器内部转速设定值比较，由PID 功能块运算后输出4～20mA 电流信号，经现场电液控制系统转换，调节润滑油系统的二次油压和汽轮机进汽阀开度即进汽量，使汽轮机转速稳定在设定值。 WOODWARD505 调速器的主要作用是启停压缩机并在一定范围内调节汽轮机转速，具有压缩机串级控制、辅助控制、超速试验、临界转速回避、阀位限制、频率控制及静态调试等功能。

某炼油厂WOODWARD505 调速器现场回路有两种：

a. 两套催化装置的富气压缩机由LVDT 阀位传感器、转速传感器、BOSCH 位置控制器、位移传感器转换器、WOODWARD505 调速器、比例电液伺服阀和汽轮机调速气阀组成控制回路，压缩机停机联锁保护系统由安保油回路上安装的两个停机电磁阀、SIS 系统和速关阀构成，信号传递如图1 所示。

b. 由蜡油加氢装置、焦化装置、重整装置和加氢裂化装置组成循环氢压缩机， 由WOODWARD505 调速器和现场速关油组件上的VOITH电液转换器组成控制回路，压缩机停机联锁保护系统由速关油组件上的两个电磁阀构成。

图1 信号传递框图

2 WOODWARD505 调速系统与CENTUM VP通信的实施

通过对WOODWARD505 控制器的内部程序解读分析，实现通信有两种方式：

a. 通过硬接线直接连接，但只能获取很少的数据，满足不了对系统的过程监控需求；

b. 利用Modbus 直接与装置的CENTUM VP系统通信。

Modbus 通信采用主/从协议，CENTUM VP 系统作为主设备，WOODWARD505 控制器作为从设备。在WOODWARD505 控制器编程，对内部参数进行Modbus 组态后，WOODWARD505 控制器将接收来自外部网络主设备CENTUM VP 系统的RUN 运行方式指令，除了超速试验投入、联机/脱机动态参数选择和超越故障转速信号指令外，CENTUM VP 系统能监视和执行 WOODWARD505 控制器所有RUN 方式的参数和指令。

WOODWARD505 控制器的内部参数编程组态必须在压缩机停机状态下才能实施。 利用2019 年全厂大修之际对WOODWARD505 控制器内部所有参数进行解读， 具体方法是： 按下PRGM 键、输入口令，然后按下ENTER 键，显示屏上出现PRGM CONTROL Y/N 提示，按下YES按钮，进入编程模式；如果按下NO 按钮，WOODWARD505 控制器将转到Select Mode 屏，此时不能进入编程模式。 图2 为WOODWARD505 控制器操作；一旦组态检查完成，压缩机还没有运行，WOODWARD505 控制器的编程可以被存取；如果压缩机正在运行，则程序只可监视，不接受任何修改。

图2 WOODWARD505 控制器操作程序

梳理WOODWARD505 控制器参数， 解读每条语句，做好电子版备份。 电子版参数表截图如图3 所示。

图3 电子版参数表截图

对WOODWARD505 控制器的通信端口进行组态， 组态数据必须与CENTUM VP 系统ALR121 通信卡组态的设备地址、波特率、奇偶校验及终止位等通信参数完全一致，通信组态数据见表1。

通过解读WOODWARD505 控制器内部程序，了解到Modbus 通信接口有两个，都可以用作内部数据监视，设备出厂时接口缺省设置，两个Modbus 通信接口都没有被编程组态，正常使用时接口能不断刷新至所有寄存器的全部信息。 经过通信连接设置，将它组态成Modbus 通信，就能通过CENTUM VP 系统监视WOODWARD505 控制器的全部控制参数、运行状态等，而不影响其运行控制。 注意：WOODWARD505 控制器组态时只能作为从设备，从设备只能对主设备的交换请求做出应答。

表1 WOODWARD505 控制器通信组态数据

从各机柜间、 外操室WOODWARD505 控制器敷设数据双绞通信线至中控机柜间，采用带屏蔽层的专用通信电缆；在CENTUM VP 系统机柜NODE 空位上安装ALR121 通信卡， 进行CENTUM VP 系统软、硬件组态，如图4 所示。

图4 CENTUM VP 系统软件组态

WOODWARD505 控 制 器 与CENTUM VP 系统之间的数据通信，实现了数据的实时监控和系统运行状态监控功能。 CENTUM VP 系统上的操作界面如图5 所示， 同时设置了历史数据库，建立了故障代码对应表（图6），以便于故障分析诊断。

图5 CENTUM VP 系统操作界面

图6 故障代码对应表

将速关油油压检测改为压力变送器，直拉电缆信号引入到SIS 内进行油压监测， 同时建立历史趋势，便于故障状态分析。

3 结束语

利用2019 年大修之际，将WOODWARD505转速控制远程投入到CENTUM VP 系统控制方式进行了优化，并编写了详细的操作方法。 目前，已完全实现了WOODWARD505 控制器与CENTUM VP 系统的数据通信， 并在全厂推广应用。 改造后，整个控制系统的可靠性得到极大提升，优化了控制环节，减轻了维护人员和操作人员的巡检频次，提高了自动化水平。