TRICONEX的TS3000机组综合控制系统 在格尔木炼油厂的应用

（青海格尔木炼油厂机动设备科，甘肃 庆阳 816000）朱 红
      

    朱红（1975-）女，甘肃庆阳人，助理工程师，现就职于青海格尔木炼油厂机动设备科。

    摘要：本文介绍了TRICONEX的TS3000机组控制系统在格尔木炼油厂催化装置四机组的应用，重点介绍用TRICONEX的TS3000控制系统代替原来的SIMATIC S5 PLC 的优点和系统的可靠性、可用性和灵活性。最后阐述了该系统在格尔木炼油厂的长周期运行以及创造的经济效益。

    关键词：联锁保护；调速控制；超速保护；信息监控；事件记录

    Abstract: The paper introduces the application of the TRICONEX’S TS3000 control system in Catalytic cracking device in Golmud Refinery.The advantages, system reliability, availability and flexibility of using the TRICONEX’S TS3000 CONTROL SYSTEM to replace the original control system of SIMATIC S5 PLC are emphasized . Finally, this paper also explains the long-term running situation and the gained economic benefits of the system in the Golmud Refinery.

    Key words: Interlock protection; Speed control; Overspeed protection;Information monitoring; SOE

    1 概述

    格尔木炼油厂催化装置是在1993年正式投产，已运行多年。

    该装置的机组主要有：发电机/电动机—蒸汽透平—主风机—烟机四机组：一台电机驱动的备用风机；三台电机驱动的增压机；一台蒸汽透平驱动的气压机，控制系统为老式的分散控制系统。具体如下：

    单PLC实现机组（包括主风机、备用风机、增压机及气压机）的联锁保护（ESD）；

    日本富士的架装调节器完成防喘振控制；室内手操器输出至现场机械式液压调速机构实现调速功能；

    本特利3300监控组轴振动、位移；

    普通的架装调节器实现机组过程参数（如温度、流量、压力等）的监控；

    架装记录仪记录事件。

    此种控制方案技术落后，控制方案交叉、复杂，采用多种控制器分别监控，不利于综合控制和集中管理，防喘振和调速功能的实现方式落后，且现场控制器及设备由于投用时间较长，老化严重，易发生装置的误报警及误停车，已不适应目前大规模生产的要求。另外，由于原系统只有几台记录仪，没有SOE功能，在发生事故时很难查找其真正原因。同时，本催化装置的反—再联锁ESD用单PLC实现，没有T V的SIL3级认证和SOE功能，存在安全隐患。

                    
                                  图1  主风机控制室现状

                    
                            图2  四机组的现场透平机械式液压调速机构

    为了长周期运行和对机组各个性能进行一个全面的监控、控制和自动保护，该厂选用TRICONEX的TS3000机组综合控制系统来实现对原有机组SIMATIC S5 PLC系统和装置ESD进行全面改造和升级，改造后的系统涵盖原系统所有控制，并且极大的提高了装置的自控水平。四机组控制室设立主机架和一个远程机架，气压机控制室设立远程机架和一个扩展机架，催化反—再联锁ESD设立一个独立的机架，远程机架之间通过三重化的远程光纤传递数据。在硬件上设立单独的I/O卡件，软件上设立单独的程序块独立运行。保证了系统的各个机组控制的独立性。

    2 TS3000系统的主要优点

                 
                                 图3  改造后系统界面图

    2.1 功能强大的软硬件服务

    TS3000系统硬件基于三重冗余容错的TRICON V9系统，软件基于Win2000环境的Tristation1131编程软件，将联锁逻辑功能和包括防喘振、调速功能控制在内的调节功能集成于一个系统平台上完成，实现了控制系统的高度可靠性、集成性及完整性。系统的安全等级可以达到T V的AK6级要求。

    TS3000系统专用的Tristation1131编程软件包将安装在Win2000操作系统下，用来实现系统组态、应用编程、程序离线模拟、程序下装、在线修改、在线下装及系统维护等功能。提供包括功能块图、梯形图、结构化文本等编程语言，包含多种现成的逻辑块、控制块，并可根据自身控制要求创建特定功能块，为编程提供了极大的方便。

    监控软件选用Wonderware公司的Intouch8.0软件，其系统平台基于WIN 2000操作系统，可以提供良好的中文人机界面。该软件通过高速网络及通讯卡与下层控制器保持通讯，确保数据的及时刷新；通过此软件能够实现绘制流程图形及报警显示、记录过程报警、记录历史数据及历史趋势、完成过程操作等功能,并能够直观动态地显示当前压缩机的工作点，从而更好地实现操作人员监控和操作。

  

  2.2 高性能、高可靠的联锁保护

    主要有以下联锁保护

    （1）催化四机组(电动/发电机—汽轮机—风机—烟机)的安全联锁（ ESD）系统；

    （2）备用主风机组和增压机组的ESD系统；

    （3）富气压缩机组(汽轮机—压缩机) ESD系统；

    （4）汽轮机、烟机的调速和超速保护系统；

    （5）四机组的防喘振控制系统；

    （6）富气压缩机、备用主风机的防喘振控制系统；

    （7）其它参数（如主风机流量、负荷、压力、温度、振动及位移等）的监控；

    （8）催化装置的反—再联锁自保系统（ESD）。

    2.2.1 机组的联锁保护及逻辑功能

    来自现场的各类过程输入和输出信号经过相应的端子板、I/O卡件与TS3000系统连接，通过主处理器内部的用户程序来实现机组的联锁停机逻辑和开机启动顺序控制等。即，采用三重冗余容错的控制系统替代了原有的PLC系统，在极大地提高系统可靠性、可用性和灵活性的同时，给操作工提供了一个非常直观的逻辑关系图，这一点不管是仪表维护工或者是操作工都不会在联锁投用的时候犯错误使得装置非正常自保。

    2.2.2 汽轮机、烟机的调速控制和超速保护

    TRICONEX根据汽轮机主机厂的起机曲线编制自动或半自动起机程序。在通常应用中，机组的速度控制可以有多种运行方式，包括停机、启动、暖机、加速、运行等。在自动起机模式下，根据起机曲线的升速率，蒸汽透平将自动从零转速升到最小转速或额定转速。另外，还将组态迅速越过临界转速的控制。在半自动起机模式下，操作员可在从零转速到最小转速之间的任何转速下停留。一旦达到最小转速，操作员可将转速进一步提高到工作转速。同时，汽轮机、烟机的超速保护可以在控制系统内部通过三取二算法对机组进行超速保护。操作工在清晰而直观的流程图中，能够得心应手一步一步进行操作，简单易学，真正实现自动控制和联锁保护功能。

    2.2.3 压缩机、备用风机及气压机的防喘控制

    压缩机、备用风机、增压机和气压机的防喘控制依据机组的机械性能特性及喘振曲线，结合相关的理论计算公式来实现，具有直观的人机界面和工作点状态，从而使压缩机工作于最佳工作点，完全替代防喘振调节器。机组投入运行后，TS3000系统根据压缩机入口流量、入口压力、出口压力及相应的温度，利用TRICONEX独特的防喘振技术来判断是否发生喘振。如发生喘振，则由防喘振控制器的输出值进行调节防喘振控制阀，实现提前保护，达到防喘振的目的。
               
               
2.2.4 过程功能调节

    对于其它的各种流量、压力、温度、液位等过程调节，也通过TS3000内置的固有控制模块或创建的特定控制算法来实现控制功能，替代原有调节器。画面集中、调节简便、控制精度高，实现了优化操作。

    2.2.5 催化装置的联锁保护实现

    将现有催化裂化装置ESD的I/O信号直接引入位于四机组机柜室内的主机架中，卡件独立放置，软件独立运行。使机组和装置联锁互不干扰，大大降低了风险。

    2.2.6 过程信息监控

    在联合中心控制室中设置两台监控操作站，操作站通过冗余的以太网卡、冗余的铠装光纤与位于四机组机柜室内的主机架TS3000控制器通讯。所有操作站的系统软件环境为中文Win2000平台，通过用户名和口令保护设置多个访问级别；在操作站上，实现工艺流程图、动态工作点、报警日志、历史趋势等各项显示，同时完成包括启停机、手/自动调节、负荷设定调整等在内的各项操作。另外，TS3000系统具有很强的通讯能力，可以实现与主装置DCS的通讯，并在DCS上进行相关数据显示。

    2.2.7 编程及维护

    编程软件Tristation1131也工作在Win2000环境下，完全符合国际IEC1131标准，人机界面友好，可以非常简便地对用户的系统进行设置，对具体的应用程序进行编程、编译、下装和在线修改，可以对所编程序进行离线模拟，可以对系统的软件和硬件状态进行在线诊断，可以根据实际需要对过程变量进行强制等。

    2.2.8 事件记录（SOE）

    系统内置的SOE功能以毫秒级的速率采集和记录发生的事件，系统最多可记录60000条事件，可以记录故障报警，捕捉第一报警信息，为事故分析提供第一手详实的信息；对SOE的记录和检索功能将集成于工程师站内；采集的SOE数据可实时存贮在硬盘的历史中，并可通过打印机打印出来。为事件的分析创造了非常好的证据。便于总结经验排除故障，尽快恢复操作。

    2.2.9 系统通讯能力

    系统可以根据需要提供包括以太网、MODBUS在内的多种通讯接口，实现与DCS系统、操作监控站、编程维护站、在线设备诊断系统等的通讯，为用户的设备管理提供更大的便利。

    3 总结

    新的TS3000系统将传统上需要多个分立仪表如防喘调节器、联锁自保单元、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性极高的系统中完成；同时在减少器件间的连接和通信、减少故障发生几率的同时，降低了长周期运行成本，并提供了更加良好的操作监控界面。具有改造的工程量最小，改造的投资最小，集成化最高以及最大限度地方便了将来主风机和气压机改造扩能的系统扩展。

    升级改造能够彻底消除系统隐患，确保系统操作灵活、控制可靠、长周期安全、稳定运行，最大限度的为该厂催化装置安、稳、长、满、优运转提供前提保障，使其为该厂的经济建设更好的服务。