引言

云南云天化股份有限公司紅磷分公司 8 萬噸合成氨裝置冷凍工段有 5 臺(tái)螺桿式冰機(jī)，其作用是把從精煉、合成崗位氨冷器過來的氣氨再變?yōu)橐喊焙笞髦评鋭┭�環(huán)使用，是合成氨裝置平穩(wěn)運(yùn)行的主要設(shè)備。每臺(tái)冰機(jī)的儀表聯(lián)鎖邏輯及聯(lián)鎖元件是隨機(jī)帶來的，但從冰機(jī)投用至今，聯(lián)鎖回路存在的問題就困擾著正常的運(yùn)行維護(hù)。

 

1 冰機(jī)儀表聯(lián)鎖回路存在的問題及解決思路

1． 1 存在的問題

1) 儀表聯(lián)鎖部分的檢測(cè)元件采用機(jī)械式的壓力、溫度控制器，其精度低，回差大; 安裝不合理，現(xiàn)

場(chǎng)震動(dòng)大、腐蝕嚴(yán)重、油污等經(jīng)常使正常運(yùn)行的冰機(jī)誤跳。

2) 儀表聯(lián)鎖元件、回路的電源及信號(hào)與電氣聯(lián)鎖互連互串，當(dāng)冰機(jī)跳停時(shí)電氣、儀表維護(hù)人員要在現(xiàn)場(chǎng)及配電室間來回查找故障點(diǎn)，常常產(chǎn)生扯皮現(xiàn)象。

3) 聯(lián)鎖回路的邏輯運(yùn)算元件采用繼電器，由于腐蝕等原因也常出現(xiàn)誤動(dòng)作; 缺少相應(yīng)的指示燈及自保持措施，操作人員得不到及時(shí)的報(bào)警信息，冰機(jī)跳停時(shí)查找原因及故障點(diǎn)困難。

4) 運(yùn)行冰機(jī)的非正常跳停對(duì)工藝生產(chǎn)的影響很大，易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，出現(xiàn)安全隱患; 冰機(jī)運(yùn)行過程中的工藝參數(shù)無法上傳及顯示。

 

1． 2 解決方案

1) 選用易于維護(hù)、穩(wěn)定可靠、適應(yīng)冰機(jī)腐蝕性現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的測(cè)量?jī)x表，徹底地解決機(jī)械式聯(lián)鎖元件存在的先天不足，確保聯(lián)鎖回路中一次發(fā)信元件測(cè)量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定及可靠。

2) 減少儀表與電氣接連耦合性，每臺(tái)冰機(jī)儀表聯(lián)鎖動(dòng)作跳車信號(hào)通過隔離繼電器后與電氣連接，并設(shè)置聯(lián)鎖解除/投入開關(guān)，通過相應(yīng)的指示燈及自保持措施，使故障及跳停條件一目了然，減少故障的查找時(shí)間。

 

3) 信號(hào)直接進(jìn)入 DCS 系統(tǒng)或是采用 PLC 等方式完成，現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立控制后以通信方式與 DCS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成。

 

2 方案設(shè)計(jì)

2． 1 冰機(jī)運(yùn)行參數(shù)儀表測(cè)量點(diǎn)

合成氨分廠冷凍工段共有冰機(jī) 5 臺(tái)，其中 1 ～4#冰機(jī)型號(hào)相同，測(cè)量點(diǎn)及聯(lián)鎖邏輯相同。5 臺(tái)冰機(jī)共有信號(hào)測(cè)量點(diǎn) 36 點(diǎn)，如表 1 所示。

2． 2 壓力測(cè)量元件的選擇

隨著公司設(shè)備管理的提升，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)聯(lián)鎖動(dòng)作跳停時(shí)，人們不僅關(guān)心是哪一點(diǎn)達(dá)到聯(lián)鎖值觸發(fā)了跳車信號(hào)，還要通過測(cè)量點(diǎn)的歷史記錄曲線分析，了解設(shè)備的運(yùn)行情況從而采取相應(yīng)措施。從公司現(xiàn)有的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)看，優(yōu)先選用壓力變送器或電子壓力開關(guān)［1］。2 種壓力檢測(cè)儀表都具有較高的測(cè)量精度、現(xiàn)場(chǎng)指示和信號(hào)遠(yuǎn)傳功能。如果不考慮多套控制系統(tǒng)的通信集成和過程模擬量的趨勢(shì)記錄，選用電子壓力開關(guān)可以省去所有的中間轉(zhuǎn)換單元儀表，減少維護(hù)量和降低投資成本，但這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制了通信功能的擴(kuò)展，不符合公司信息化建設(shè)要求。選用 Ｒosemount3051 壓力變送器的優(yōu)點(diǎn)［2］: 標(biāo)準(zhǔn)4 ～ 20 mA 模擬信號(hào)輸出，可滿足連續(xù)監(jiān)測(cè)的要求; 在惡劣環(huán)境中運(yùn)行的可靠性更高，統(tǒng)一的過程和電氣接口具有良好的互換性; 維護(hù)人員熟悉并掌握其性能; 缺點(diǎn)是相對(duì)于電子壓力開關(guān)而言其價(jià)格偏高。綜合考慮選用 3051壓力變送器。

 

2． 3 溫度測(cè)量方式

選用鎧裝熱電阻 + 溫度變送器的方式，有效避免振動(dòng)及干擾帶來的影響［3］。

 

2． 4 運(yùn)算控制單元的選擇

聯(lián)合工段的控制系統(tǒng)采用愛默生的 DeltaV 系統(tǒng)，如直接上 DCS 系統(tǒng)則面臨的問題是: 機(jī)柜室擁擠狹小的空間已不宜再進(jìn)電纜，需要放較長(zhǎng)的電纜，系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)余量已不多，現(xiàn)場(chǎng)操作室配置監(jiān)控操作電腦，而對(duì)于冰機(jī)的運(yùn)行來說操作人員只是通過機(jī)械操作進(jìn)行負(fù)荷的加減，此外冰機(jī)所有信號(hào)直接上 DCS 系統(tǒng)可能會(huì)引入干擾等危害系統(tǒng)的因素，因此對(duì)于冰機(jī)這樣單臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行的設(shè)備來說不是優(yōu)選方案; 選擇專用控制器，運(yùn)用較為簡(jiǎn)單，但價(jià)格高，不夠靈活且受限于廠商; 采用 PLC 的方式，每臺(tái)冰機(jī)用一臺(tái) PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算與控制，故障獨(dú)立不相互影響，利用 PLC 的通信端口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)集中顯示或與 DCS 系統(tǒng)通信集成。根據(jù)公司的情況優(yōu)選西門子 S7 － 200 型 PLC( CPU 226 CN DC /DC /DC)+ EM231 四路模擬量輸入擴(kuò)展模塊的方式。

 

2． 5 S7 －200 型 PLC

PLC( 可編程邏輯控制器) 是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造、但不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用、是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)其硬件需要進(jìn)行選配并按控制要求進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)編制。S7 － 200 型 PLC( CPU226 CN) 的特點(diǎn)［4］: 無論是獨(dú)立運(yùn)行還是組成網(wǎng)絡(luò)均能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，具有較高的可靠性及性價(jià)比; 226 CN 本機(jī)集成 24 路 DI 及 16 路 DO，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，較大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路 模 擬 量 I/O 點(diǎn); 2 個(gè) ＲS485 通 信 /編 程 接口，具有 PPI 通信協(xié)議、MPI 通信協(xié)議和自由方式通信能力，通過本機(jī)的 POＲT0 端口可以 Modbus 串行通信的方式與 DeltaV 系統(tǒng)集成，POＲT1 可連接西門子的 TD 文本顯示器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)交互，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的獨(dú)立控制運(yùn)行與上位系統(tǒng)的集成，可擴(kuò)展通信模塊實(shí)現(xiàn) DP、以太網(wǎng)通信與連接; 豐富的指令集、便捷的操作使維護(hù)人員易于掌握; 在方案中通過擴(kuò)展連接 EM231( 4 路輸入) 模塊實(shí)現(xiàn)壓力、溫度模擬信號(hào)的采集并轉(zhuǎn)換成供 PLC 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。

 

3 方案實(shí)施及應(yīng)用效果

3． 1 現(xiàn)場(chǎng)儀表柜

5 臺(tái)冰機(jī)的儀表聯(lián)鎖元件集成在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表柜內(nèi)，1#，2#冰機(jī)共用一塊 PLC，3#，4#冰機(jī)共用一塊PLC，5#冰機(jī)單獨(dú)用一塊 PLC，面板上具有相應(yīng)的操作開關(guān)及指示燈，如圖 1 所示。

現(xiàn)場(chǎng)儀表柜在制作時(shí)就充分考慮了環(huán)境適應(yīng)性［5］: 采用不銹鋼制作，底座具有良好的抗振性及接地; 柜內(nèi)通入壓縮空氣，相對(duì)柜外保持微正壓，有效阻止了腐蝕性氣體及粉塵的侵入，為柜內(nèi)元件穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了保證。

 

3． 2 PLC 控制程序設(shè)計(jì)

PLC 控制程序以冰機(jī)說明書給出的電氣聯(lián)鎖關(guān)系為依據(jù)，結(jié)合多年來對(duì)冰機(jī)運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)并充分考慮操作的合理性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

 

3． 2． 1 主程序

網(wǎng)絡(luò) 1: 首次掃描時(shí)，調(diào)用子程序?qū)�擴(kuò)展塊進(jìn)行檢測(cè)

網(wǎng)絡(luò) 2: 如果擴(kuò)展模塊有錯(cuò)誤存在，則停止采樣，當(dāng)然也就不讓電氣控制箱獲得允許開車的信號(hào)( 冰機(jī)無法啟動(dòng)) ，儀表維護(hù)人員可以從 Q1． 6 和Q1． 7 的指示燈的明滅來判斷故障出在 PLC 內(nèi)還是PLC 外。

3． 2． 2 子程序一

網(wǎng)絡(luò) 1: 初始化并對(duì)擴(kuò)展模塊進(jìn)行檢測(cè)，盡可能地避免冰機(jī)啟動(dòng)后又跳�；虮鶛C(jī)根本不能啟動(dòng)，把不能啟動(dòng)的原因及時(shí)反映出來。檢查擴(kuò)展模塊是否存在，若不存在則置 Q1． 6 = 1。

網(wǎng)絡(luò) 2: 檢查擴(kuò)展模塊是否有錯(cuò)誤，檢查電源是否正常，若有錯(cuò)誤則置 Q1． 7 = 1

3． 2． 3 子程序二的特點(diǎn)

1) 程序設(shè)計(jì)具有軟件濾波功能。首先要判斷輸入是否在正常的范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到聯(lián)鎖條件時(shí)判斷是不是真的達(dá)到聯(lián)鎖條件，如是真的聯(lián)鎖才動(dòng)作，有效防止了因斷線、短路、突然抖動(dòng)或干擾引起的跳停，如稀油站油壓低于 0． 1 MPa 時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警，在 30 s內(nèi)不能恢復(fù)則跳停冰機(jī)或禁止冰機(jī)啟動(dòng)。

2) 溫度部分的程序設(shè)有斷偶保護(hù)及配電器故障保護(hù)，當(dāng)溫度出現(xiàn)不規(guī)律的亂跳及跑較大時(shí)不會(huì)使冰機(jī)跳停，只有相應(yīng)的報(bào)警提示，配電器或溫變出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)引起冰機(jī)跳停，但仍有報(bào)警提示。

3) 當(dāng)聯(lián)鎖投入時(shí)，只要參與聯(lián)鎖的任何一點(diǎn)真正達(dá)到聯(lián)鎖值，冰機(jī)延時(shí) 7 s 跳停，對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，操作工和儀表維護(hù)人員可以從控制柜面板上的指示燈上判斷故障來源，如果故障不消除或消除后不按復(fù)位按鈕，冰機(jī)依舊不能啟動(dòng)。

 

3． 4 改造后的應(yīng)用效果

5 臺(tái)冰機(jī)的儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)在 2015 年 5 月完成改造并投用。壓力變送器、鎧裝溫度元件、溫度變送器、PLC 及充分考慮振動(dòng)、干擾、腐蝕等環(huán)境因素的綜合方案，加上優(yōu)化的程序設(shè)計(jì)如溫度壓力測(cè)量的斷線保護(hù)、擴(kuò)展模塊故障檢測(cè)及指示功能等，使改造后的冰機(jī)儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)具有了很高的安全性、可靠性、易操作性和可維護(hù)性。投用后儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)運(yùn)行正常，動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠，未發(fā)生過誤動(dòng)、拒動(dòng)，故障一目了然，當(dāng)冰機(jī)發(fā)生聯(lián)鎖跳停時(shí)，操作人員根據(jù)指示燈確認(rèn)故障，如是工藝原因則處理正常后復(fù)位聯(lián)鎖自鎖開關(guān)按正常操作程序啟動(dòng)冰機(jī); 電氣、儀表查找故障時(shí)把聯(lián)鎖開關(guān)打到解除位置，獨(dú)立查找各自的故障點(diǎn)，改變了改造前一旦發(fā)生聯(lián)鎖跳停時(shí)儀表、電氣、工藝、設(shè)備等幾方人員到場(chǎng)但問題仍得不到及時(shí)解決的尷尬局面。

 

4 結(jié)語

聯(lián)鎖回路及系統(tǒng)一直以來是公司運(yùn)行維護(hù)中的軟肋，而冰機(jī)儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)在總結(jié)了多年運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從一次發(fā)信元件、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境適應(yīng)性及抗干擾性等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使改造后的聯(lián)鎖系統(tǒng)具備了很高的安全性、可靠性及可維護(hù)性，保證了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的需要。

 

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