运用CENTUM VP系统顺控SFC模块实现压缩机杆沉降最大最小值精确统计

2021-06-25黄军政张彦军

仪器仪表用户 2021年6期

黄军政，张磊，张彦军，叶琳

（新疆石油独山子石化分公司信息网络公司乙烯仪表车间，新疆维吾尔自治区克拉玛依 833600）

某装置氢气压缩机采用往复式，其活塞杆由于设计上存在的机械原因，在往复运动过程中伴有微小的上下运动。为了掌握活塞杆支撑环磨损情况，仪表在活塞杆上方安装了本特利3500位移探头，通过测量探头与活塞杆间隙值的变化，判断支撑环磨损情况。通过设置报警值和联锁值，一旦间隙值超过联锁值，则立即触发联锁停车检修。同时，本特利3500将所有杆沉降值以MODBUS通讯[3]传至DCS显示，本文中DCS使用的是CENTUM VP系统。

图1 杆沉降安装示意图Fig.1 Installation diagram of rod settlement

1 压缩机杆沉降间隙测量值统计问题（1）的提出

对于6个气缸中往复运动的6个活塞杆来讲，仪表对应杆沉降RDI61006～RDI61006用来测量每个活塞杆往复运行时的上下移动情况，其测量值可以作为判断压缩机体的活塞杆支撑导向环磨损量大小的依据，如图1所示，右侧有转动轮和连杆，转动轮转动时连杆带动支撑导向环环绕的活塞杆来回往复运动。

为了掌握杆沉降测量值在整个压缩机运行期间的变化情况，工艺、仪表都十分重视杆沉降测量值的趋势变化。但是，仅靠人工观察杆沉降测量长趋势图（其中，包括从压缩机开机到下次停机，整个运行期间的趋势变化），非常不方便而且容易遗漏，效果很不好。

于是仪表人员设想：如果对杆沉降测量值最大值、最小值进行观察，将会避免遗漏，同时也非常方便。如果测量值最大值、最小值超过限定的初始最大值、最小值，就说明活塞杆周围的部件发生了磨损或者仪表测量误差变大。随着压缩机的继续运行，这些最大值、最小值将不断被突破。当工艺、仪表因为6个杆沉降测量值的其中之一或者几个过大对压缩机进行停机检修时，又将会面对两种情况：一是该沉降值仪表测量误差太大，支撑环实际磨损值并不大，需要仪表进行检修来减小测量误差；二是仪表测量值精确，但因为压缩机体的活塞杆支撑环磨损导致压缩机杆沉降波动幅度太大，此时需要钳工对该支撑环进行更换。由此可见，对杆沉降测量值及其最大值、最小值与钳工支撑环实测值的分析，对于压缩机检修具有重大的指导意义。仪表人员需针对杆沉降测量最大值、最小值统计的实现，提出具体方案。

2 关于问题（1）的解决方案解析

如上文所述，虽然RDI61001～61006这6个杆沉降测量值在DCS上都有长趋势，而且每个杆沉降瞬时测量值都有压缩机刚启动时所呈现的初始最大、最小值。但是，瞬时测量值是否超出最初限定的最大值、最小值和不断被突破的最大值、最小值，仅靠肉眼观察非常不便。因此，仪表人员决定采取软件编程方法，实时将读出的测量值进行比较，随时将最新的最大、最小值用CENTUM VP软仪表显示出来。

经过对常用的DCS控制模块进行全面对比和综合考虑，仪表人员决定利用SFCSW模块[2]的编程功能和组态功能完成对压缩机杆沉降测量数据的采集，然后实时完成最大、最小值运算和显示功能。

首先，重点介绍利用SFCSW模块实现杆沉降数据采集并进行比较，从而产生最大、最小值的编程步骤（简称步骤A）。

假设：某块杆沉降测量仪表位号为RDI101，先以该表为例说明如下：

1）为杆沉降RDI101指定别名：RDI101。

2）将RDI101的最大值定义为%.AZDZ，并将其初值设定为200；将RDI101的最小值定义为%.AZXZ，并将其初值设定为100。

3）将RDI101.PV赋予变量%.A。

4）每次将变量%.A与当时的最大、最小值比较，若不超出，最大、最小值不变；若超出，则产生新的最大、最小值。

5）重复第3步至第4步。

3 压缩机杆沉降间隙测量值统计问题（2）的提出

经过对一段时间以来程序运行结果的观察，仪表人员发现：有些最大、最小值的趋势长时间呈一条直线，而且不发生改变，而杆沉降瞬时测量值却总是在最大、最小值之间做微小变化。

这就出现了一个新的问题：杆沉降测量值的最大、最小值的产生由比较而来，可是它是否频繁出现却不一定，也许只出现过一次。虽然由于各种原因（有些甚至可能是因为工艺运行期间的某些偶然因素）这些最大值或最小值可能很大或者很小，但在时间上出现的频率却很低（甚至可能只出现一次），不具备代表性。但是这些不具备代表性却很大或很小的值的存在，使得真正频繁出现、具有代表性，甚至接近已得到的最大、最小值被屏蔽而不能显示出来。而仪表人员希望这些最大值、最小值在整个压缩机运行期间能够频繁出现，具有代表性，并能够真实反映支撑环的磨损量。

前期编程人员在意识到以上弊端后，采取的措施是将该比较程序在定期运行一段时间以后，使程序停止运行，然后再重新运行起来。这样做是为了使最大值、最小值在重新运行时初始化，从而能够得到所有最大、最小值，尤其是具有代表性的那些值。

4 关于问题（2）的解决方案解析

考虑到以上分析中提到的最大、最小值的代表性问题，将按步骤A编写的比较程序进行进一步的修改，使得最大、最小值在程序整个运行期间，每隔一段规定时间自动初始化，并以初始值继续参与比较过程，以得到具有代表性的所有最大、最小值。具体是利用TM计时器模块的“CTUP”，即计时器达到计时上限的标志。当出现这一标志时，将最大、最小值初始化。

具体处理体现在对编程步骤（A）的修改上，修改后变为步骤（B），具体如下：

1）为杆沉降RDI101指定别名：RDI101。

2）定义TM001计时器模块。

3）定义TM001计时器计时上限。

4）将RDI101的最大值定义为%.AZDZ，并将其初值定义为200；将RDI101的最小值定义为%.AZXZ，并将其初值定义为100。

5）编写if语句，如果计时器TM001.BSTS出现“达到上限”“停止”或“暂停”状态时，使得计时器TM001继续运行。

6）判断计时器是否到达CTUP状态，即计时器到达上限值。如果是CTUP状态，将%.AZDZ初始值重新定义为200；将%.AZXZ初始值重新定义为100。

7）将RDI101.PV赋予变量%.A。

8）每次将变量%.A与当时的最大、最小值比较，若不超出，最大、最小值不变；若超出，则产生新的最大、最小值。

9）重复第5步至第8步。

5 SFCSW模块介绍

在给出SFCSW组态过程及代码之前，首先介绍一下该模块。SFCSW模块是顺序控制模块SFC的一种。SFC模块是定义顺控控制动作的图解性程序设计语言，包括三位置开关型-SFCSW、按钮型-SFCPB、模拟型-SFCAS 3种类型。SFC模块是FCS[1]（DCS现场控制站）的控制功能之一。它在规模稍微大一点的顺控控制、设备控制中使用，能够使工程进程管理变得更为容易。SFC模块使用步、移动、连接线3个要素记述程序内容，而SFC模块的每一个“步”中，可由SEBOL[2]顺控表或逻辑图编写程序完成各种功能。

5.1 SFCSW组态方案介绍

为了实现以上确定的数据采集和处理方案，具体实施时，首先在CENTUM VP系统中按路径：SYSTEM VIEW--PROJECT--FCS--FUNCTION BLOCK到达并打开CONTROL DRAWING窗口，在窗口中建立SFCSW模块；然后在SFCSW模块的变量定义窗口（data item definition）中定义在程序编辑中使用的变量；最后在SFCSW模块的SFC编辑窗口（Edit SFC）中写入编好的SEBOL程序。

图2 示意编程代码图Fig.2 Shows the programming code diagram

按步骤（B）中的思路编写程序，产生如图2所示编码。下装运行后，程序每秒读取杆沉降值并参与比较运算；每20 s又对最大、最小值进行初始化，然后继续参与比较运算。模块在“RUN”状态将会一直如此运算下去。这里需要介绍一下程序中使用的ALIAS命令，在SEBOL程序中参与逻辑运算的位号必须是由ALIAS[2]命令将实际位号变更后的别名（可相同也可不同），才能参与逻辑运算。

在SFCSW模块中，针对6个杆沉降测量值按步骤（B）编写程序，逐个换算出6个杆沉降的最大、最小值，再分别定义12个PVI模块将其引出并显示出来。按着设计好的工程单位和量程组好每一块软表，通过画面链接将需要的值显示出来。如有需要还可增加相应趋势,如报警甚至杆沉降上下波动幅度的显示（将同一活塞杆的最大值和最小值做差值运算并用PVI模块显示在画面上）等功能。

5.2 关于程序使用的几个说明

首先，为了实现SFCSW模块的功能，在程序下装完毕后，需将模块投用起来。但是在修改程序后，重新下装时，必须将模块程序打到“STOP”状态，否则不能下装。

其次，本文中提供的程序中，假设每20 s初始化1次最大、最小值，因此TM001.PH设为20。在实际编程时，应该结合实际情况选择合适的TM001.PH值。因为DCS系统的扫描周期为1 s，即每秒读取1次杆沉降值。在SFCSW模块投入“自动”模式时，每秒都要进行比较运算，都会有机会产生新的最大、最小值。