PCS7在焦化富气离心压缩机的应用

一. 概述 焦化压缩机在焦化装置流程中至关重要,2005年我厂由以前的往复压缩机更新为离心压缩机,离心压缩机由陕西鼓风机股份有限公司制造,同时控制系统由陕鼓配套,经过多方比较和咨询,选用西门子S7-400H冗余系统,软件为PCS7 V6.0.经过一年的运行,压缩机控制系统运行平稳。 二. 工艺流程 分馏塔出来的富气（成分包括），及制氢装置来的富气合流进入焦化压缩机，入口压力为0.14Mpa，经过压缩后压力达到1.6Mpa进入脱硫装置进行脱硫处理。 焦化压缩机为单吸入、多级多段、高速、带有中间气体冷却器、双支承结构。压缩机本体通过变速器由电机驱动机组主要由电机、变速器、压缩机本体、中间气体冷却器、水气分离器、润滑系统、现场监测仪表以及进出口管道必备阀门等组成，原动机、变速器和压缩机本体之间由膜片联轴器联结，压缩机本体和中间气体冷却器之间配置波纹补偿器和联接管路。离心压缩机本体结构主要由定子、转子、轴承和轴承箱等构成。 三.控制系统概述 富气压缩机组控制系统采用SIEMENS公司的S7-400H冗余容错系统。控制系统由一对冗余冗错控制器、网络、五个ET200M站、二台操作员站、一台工程师站构成。工程师站、操作员站与控制站之间通过环行光纤网络之间联接。组态软件为PCS7 V6.0，PCS7 V6.0包含STEP7 V5.3、CFC、WINCC6.0组态软件。 该系统主要用来实现对离心压缩机、电机、润滑油站、气液分离器、进出口蝶阀等工艺参数显示、控制、保护，其控制分为工艺参数控制、机组安全控制两大部分。机组安全控制实现机组启停机逻辑、安全联琐、防喘振控制、调速控制。 控制系统包含三个机柜、两个操作站、一个辅助操作台。三个机柜在现场控制室，其中1#机柜为为控制器单元和安全栅柜，2#柜安装5个ET200M站和冗余端子排，3#机柜安装状态监测系统，包括本特利3500状态监测系统和创维实NET8000状态监测分析系统。 3.1系统结构图 3.2中央控制器 该系统的控制站由2套互为备用CPU414-4H的中央控制器组成，控制站采用西门子公司专利技术－事件同步技术设计。每块控制器中都装有冗余冗错软件、冗余CPU、冗余的通讯接口模块。在系统正常的运行中，当某个中央控制器出现故障时，系统将无差动切换方式将所有工作自动转接到另外一块中央控制器。 3.3ET200M站 系统中的ET200M分布式I/O站配备2个通讯接口单元IM153，两块IM153模块分别与两条I/O总线连接，每个站的IM153模块通过总线底板相互联接，此种网络结构模式保证CPU与I/O站的数据交换在任何情况下都不会中断。ET200M分布式I/O站的所有模块都能够在系统运行过程中可以进行带电热插拔，所有I/O模块、电源模块均为冗余模块.2#与3#站互为冗余,4#与5#站互为冗余. 3.4系统网络 I/O总线网络采用PROFIBUS现场总线双重环形、多结点网络（1:1冗余）。 操作员站与中央控制器之间采用冗余的工业以太网，通过两根400米长的多模光纤，实现冗余通讯，在300米外中央控制室实现远程操作和控制。 3.5工程师站、操作员站 工程师站选用IBM笔记本电脑，它RJ45网口通过以太网与中央控制器联接。操作员站选用DELL台式计算机，计算机内安装CP1613网卡，该网卡内的RJ45网口通过以太网与中央控制器联接。 3.6辅助操作台 辅助操作台右端安装有机组运行时工频电流、变频电流指示，机组停机、联锁旁路指示灯，紧急停机、联锁旁路开关。工频电流和变频电流、停机信号由电器控制室通过电缆硬线连接。 四．机组控制逻辑和操作 机组控制包括机组启机控制、工艺控制、停机控制、防喘振控制、润滑油站控制、系统监测、调速控制。其中每个控制对象在操作员画面都有相应的监控画面，每个画面中监控的对象正常显示绿色，报警值显示黄色，联锁值显示红色。 4.1机组启动控制 机组启动控制包括工、变频启动控制、启动条件、加载控制。由于压缩机组由电机拖动，正常情况下电机采用变频控制，考虑到变频器故障和修理情况下，切换到工频控制。机组启动条件包括防喘振阀位处于全开位置、干气密 封差压大于0.3Mpa、润滑油压力大于0.15Mpa、系统无停机信号、电器允许启动，当这些条件满足后，根据实际条件选择机组（工频启动、变频启动）方式，高压变频器在接收到启机命今后，变频器按照设定好的升速曲线进行提速。在机组速度达到额定转速后，变频器向控制系统发出机组的工作状态（工频状态、变频状态）。此时机组进入加载状态。在“压缩机可以加载”的条件满足后，机组此时可以进行加载。机组加载是通过调节调节入口阀的开度（入口压力调节）。 4.2机组停机逻辑 机组停机分为正常（工频、变频）停机、紧急（工频、变频）停机、故障停机。正常停机是工艺按计划有步骤停机。故障停机由机组本身原因或附属系统的故障而紧急自动停机，机组停机条件包括润滑油压力低低报（采用三取二）、压缩机轴位移高高报、变速箱轴位移高高报、压缩机振动高高报、变速箱振动高高报、高压电器重故障、调速信号丢失、变频器跳闸。紧急停机是由于特殊工艺原因或外界原因而需要停机，但是机组本身没有达到停机条件，在中央控制室、机柜室和压缩机现场分别有急停按纽。 当机组出现紧急停车时,其相应的联锁停车逻辑图中会出现一个红色的园点。该红色的园点所对应的输入条件就是引起停车的原因。工艺人员知道该信息后,应该及时进行 “事故确认”操作,这是为了保证系统能够及时再次捕捉下次“第一事故”。操作“第一事故”按钮,需要用户先登录后,才可以进行操作。 4.3防喘振控制 机组的防喘振控制，如下图：  控制线、喘振线 压缩机防喘振横坐标为入口流量，纵坐标为出口压力。图中红色线为喘振线，绿色线为控制线。系统起机时安全裕度为0，控制线和喘振线重合。操作员根据喘振曲线设定一个安全裕度，既为控制线。一旦工作点向左越过控制线，系统根据越过的幅度打开防喘振阀（SV5101）来增加压缩机的流量使系统重新回到安全工作区，当压缩机工作点又重新回到安全工作区域时控制系统自适应的控制防喘振阀，一至到系统将防喘振阀关阀。  自动输出、手动输出、半自动输出 ①手动方式：机组只有处非自动运行时才可处于手动方式，这时输出值为跳闸输出与手动输入的高值。 ②自动方式：压缩机防喘振控制的输出来自防喘振控制器的自动输出跳闸输出的高值。 ③半自动方式：（开优先）压缩机防喘振控制的输出由自动部分、手动部分、跳闸输出的高值。 4.4润滑油泵控制 现场润滑油站有两个油泵，为防止操作人员误操作，只能在现场实现启停，现场设有现场操作和自动切换按钮，当在现场操作模式下，只受现场启动和停止按钮控制，不受其他信号控制。当在自动模式下，只有机组正常运行时，如出现油压低于0.20Mpa，另外一个备用泵回自动启动。 4.5调速控制 机组速度是通过压缩机入口压力调节，输出4-20Ma信号给高压变频柜，调整电机频率来控制转速，入口压力一般控制在0.14Mpa，考虑到入口压力波动时，机组转速波动比较大，在入口压力PID中增加一限制，入口压力波动0.05Mpa，PID输出不变，机组转速不发生变化。 4.5主要监测画面 在所有监控画面中上端始终显示机组运行的重要数据，在画面的下端始终显示当前的历史报警信号。对所有的开关量、模拟量显示框内正常显示绿色，低报、高报显示为黄色，低低报、高高报显示为红色。 A. 机组的轴系监测 B. 润滑油监测 五．系统应用中的难点、问题和解决措施 5.1 按照系统和设计要求，I/0点实行硬冗余，采用单传感器和冗余卡件，从现场过来的传感器信号经过安全栅接入信号分配器，分别输出至冗余卡件。信号分配器是由创维实公司根据冗余原理制作的电路板。DO冗余输出通过并接继电器线圈实现。 5.2在机组调试过程出现过DI卡件被烧坏，从电器过来的联络信号应是无源触点信号，但是施工人员误将AC220V信号接入导致一DI卡件烧坏几个通道，及时进行更换DI卡件。 5.3系统运行过过程中多次出现历史趋势中断，没有显示，重新启动计算机后，历史趋势就可以调用和查看，从时间上看并被有中断，经过系统软件和程序检查没有发现问题，与西门子技术支持工程师取得联系后，来厂进行诊断后安装PCS7的软件补丁后，运行半年来没有出现类似问题。 5.4在故障报警和SOE中，显示时间和实际不一致。检查程序后发现软件组态没有做同步设置，经过同步组态后，时间显示没有问题。