从PTA装置空压机控制系统的改造谈
系统的改进技术
金斌
（中国石油辽阳石化公司芳烃厂仪表车间，辽宁 辽阳 111003）
摘要：本文论述了空压机系统在装置的重要性及系统存在的问题，基于先进控制技术系统的升级改造方案及改进技术解决的实际问题。通过控制系统技术的升级改进实现了PTA装置空压机控制系统的稳定、可靠运行。 关键词 PLC 冗余 接地 SOE
1 引言
运行了10年左右的PLC控制系统已经陆续进入了故障的高发期，伴随着系统备件购买越来越难及原压缩机厂家配套的专有控制板已不生产，控制系统运行的风险不断加大，企业根据生产实际的需要都在积极探索控制系统的改造。辽阳石化根据现场的实际情况，从原系统存在的问题到制定方案和具体实施进行了深入的研究。改造后的控制系统目前运行稳定，效果良好，达到了预期的目的和效果，为装置的平稳生产提供了有力保证。
2 PTA装置空压机控制系统简介
空压机组总貌如图所示。空压机是PTA装置的核心设备，为装置氧化反应器提供压缩空气。该机组主要由轴流式压缩机、离心式压缩机、尾气透平、同步电机4个部分组成，另配增速齿轮箱、润滑油系统、入口空气过滤系统等部分组成。控制系统采用的是GE90-70 PLC和MOORE 352型智能调节器组成，GE90-PLC CPU是单配置，完成机组的启动程序和联锁保护逻辑控制，MOORE352型智能调节器完成轴流、离心压缩机的防喘振和机组出口压力、尾气透平的过程控制，MOORE352型智能调节器通过其专有的通讯接口板和PLC进行单向通讯；机组轴瓦的温度、位移和振动信号由厂家开发的输入插板检测，嵌入PLC机架作为其I/O输入板，人机接口由嵌入PLC机架的计算机组成，完成数据的采集和显示；和控制室DCS通讯采用RS485方式，通过PLC的协处理器编程完成。
随着控制系统运行年限的增长，系统逐渐进入了老化期，特别是人机接口嵌入计算机故障频繁，PLC和DCS通讯的协处理板工作不正常、厂家开发的温度、位移和振动板已不再生产，MOORE352型智能调节器和PLC通讯的故障率时有发生，这些都为控制系统的稳定运行带来极大的隐患，采用新的先进技术
对其进行改造已成为必然的选择。
3 改造的控制系统改进技术介绍
本次改造所采用的控制系统是压缩机厂家开发的新一代系统，硬件采用GE90-70 PLC冗余系统，较老系统比较而言系统更加开放，功能更加齐全，系统可靠性进一步得到提高；有良好的人机界面，操作更加简便；新系统把机组的启动顺序控制、联锁逻辑保护控制、机组的温度、压力过程控制和防喘振控制集成在一起，消除了原老系统多厂家通讯问题，相比老系统有诸多明显的优势，其中主要的性能见如下对比表。
新改造系统和老系统主要性能对比表 项目 冗余 改造后的控制系统 采用两单独机架CPU互为热备冗余，参与防喘振的输入、输出点卡件采用机架互为热备冗余方式 操作站 通过以太网方式可连接多个 普通的工控台式机，通用性强 原来的控制系统 原CPU型号不支持冗余方式，参与防喘振和过程控制的输入、输出点都进入智能调节器，无法实现调节器热备方式 一个 嵌入在PLC机架的VME总线上的计算机，通用性差，故障率高 采用以太通用网卡连接方式 基于windows XP开发的人机界面 操作画面更丰富，支持系统的在线诊断，记入更长时间的趋势和事件记录，支持SOE事件记入，能保持停机那一时刻前后两分钟的模拟量的趋势曲线，可以使秒和分钟趋势，非常有利于问题的分析 控制 采用双机架的CPU互为热备冗余 控制系统除完成原来的启动顺序控制和联锁逻辑保护控制外，还完成机组的防喘振控制和温度、压力的过程控制 采用Genius总线方式，系统对I/O卡的扫描速度更快，系统应用程序运行的周期更短 和DCS通讯采用GE的通讯板，通过RS485冗余方式通讯，运行稳定 增加快速逻辑继电器功能，紧急停车按钮可不考虑PLC程序的运行情况，直接动作快速逻辑继电器，使机组处于安全状态 I/O卡 系统采用Genius I/O，无第三方I/O，组态更方便，系统扩展更灵活，系统稳定性更高 系统采用VME I/O，原系统包含第三方I/O，如振动、位移和RTD板，系统扩展性不灵活，组态较复杂 和DCS通讯采用GE协处理器板编程进行，通讯时好时坏，常需要复位恢复通讯 没有 原单机架单CPU的控制方式 原控制系统只完成启动顺序控制和联锁逻辑保护控制，防喘振和过程的温度、压力控制在MOORE352型智能调节器里完成 采用VME总线方式，加之需和第三方的设备进行通讯，系统的扫描速度相对慢些 VME总线的连接方式 基于DOS6.2.2开发的人机界面 画面较少，不支持控制系统的在线诊断，记入趋势和事件记录也较少，不支持SOE事件记入 4 控制系统的改造方案 采用原压缩机厂家新一代的GE90-70PLC双冗余系统作为升级方案，系统硬件见总貌图；具体升级方
案考虑了以下几个部分：
系统硬件总貌图
1）CPU的冗余方式
本次改造充分考虑原系统CPU不冗余曾出现CPU故障给机组运行带来的风险，本次改造采用采用两单独机架CPU互为热备冗余，双GBC双总线冗余方式，做到CPU和总线都冗余。 2）I/O卡件
采用GE PLC的Genius I/O卡件，解决了老系统采用第三卡件和第三方接口卡件通讯带来的系统运行不稳定和系统扩展不灵活以及备件难于购买的问题。 3）过程控制方案的集成
本次改造把原MOORE 352智能调节器完成的轴流压缩机的入口导叶和其防喘振控制、离心压缩机一段和二段的压力控制及其两段的防喘振控制、尾气透平的温度和压力控制都放在PLC里面完成，充分利用PLC的资源，同时解决了MOORE调节器和PLC的通讯问题及其硬件老化故障率逐年升高的问题。 4）系统对现场仪表供电的冗余考虑
虽然原来对系统供电的冗余方式已考虑到，但是从多年运行遇到的问题从系统分配出的给现场变送器供电的电源没有考虑到冗余方式，只是一路供电，存在风险。本次改造得到充分考虑，如图所示。
5 系统改造解决的几个具体问题
根据现场多年的运行经验和曾发生过的问题，本次改造过程中进行了详细考虑和探讨，并在系统改造
中得以实施，使原系统存在的问题得到了根本解决。
1）优化及调整离心压缩机二段出口压力PIC-5101控制方案
调整和优化PIC-5101(二段出口压力)的斜坡时间及氧化反应器停车后自动将调节器设置为手动，并保持一段时间的手动输出值，目的在于氧化反应器停车后能够打开FCV-5100(防喘振控制阀)，以防止压缩机出口压力波动而可能引起的喘振和压力高联锁停机。
将PIC-5101的测量点由原来的PT-5101（离心二段止逆阀后）改为PT-5105(离心二段止逆阀前)，即调节器的PV值由PT-5105来取，目的是当反应器压力出现波动或系统持料时，调节器能快速检测压缩机出口压力并能迅速调节。
将PIC-5101程序中LMR-RDT斜坡时间有原来的10S改为2S，将LC-MOP手动输出值由原来的5500改为4500，即当反应器停车时，将防喘振阀的开度手动开到55%的开度，防止出现压力波动而使机组高压联锁停车。
2）增加系统的隔离措施，提高系统的抗干扰能力
原系统不论是AI、AO还是DI、DO点现场仪表的供电都存在正端公用的问题，具体讲对于AI/AO现场仪表24VDC的正端公用，存在的问题是当24VDC正端有虚接地或接地时，影响整个现场仪表供电，PLC的显示为I/O FAULT,影响机组的过程控制；当I/O FAULT故障表满就会导致PLC的CPU故障，应用程序停止运行。对于DI/DO现场仪表110ACV的正端公用，存在的问题当110ACV正端有虚接地或接地时，导致保险丝断或整个110ACV电压降，从而引起联锁点动作，出现停机。本次改造选用MTL隔离栅来增加系统隔离措施，现场一点的虚接地或接地，影响的只是其一点（或一通道），不会影响其他点（或其他通道），提高了系统的抗干扰能力，减少了不必要故障的发生，典型图以AI点为例。
改造前、后的对比接线图
6 结论
改造后的空压机控制系统解决了原先系统存在的隐患和问题，系统更加开放，安全性、可靠性更加提高；改造后的系统运行稳定，对空压机的控制更加节能，对装置的长周期的稳定运行起到了保驾护航的作用；此次改造也为我们将来对其他系统的改造积累了经验，丰富和提高了专业知识。
参考文献
[1] 蒋慰孙．《过程与控制》，化学工业出版社，1993：30-32．
[2] 金以慧．《过程控制》，清华大学出版社，1993：105-107．
[3] 郑亮 将大明 戴胜华． PLC可靠性分析与冗余设计，工矿自动化，2005：58-59．
作者简介：
金斌 ，男，1968年02月出生，1990年07月毕业于辽阳石油化工高等专科学校化工自动化专业，2003年毕业于辽宁石
油化工大学计算机科学与技术专业，学士学位。现工作于辽阳石化芳烃厂仪表车间，任职生产技术主任。通讯地址：中国石油辽阳石化公司芳烃厂仪表车间，邮编 ：111003，电话：13604196096（手机），E-MAIL:jinbin@petrochina.com.cn
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