風機控制方案隱患分析及改造

葉華蓉(中韓（武漢）石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

一、簡介

某公司聚烯烴4套裝置風送系統采用壓縮氮氣輸送粉料和粒料，輸送的壓縮氮氣由壓縮機提供，粉料和粒料系統全部使用AERZENER的無油螺桿壓縮機，共計16臺，壓縮機為高壓電機，每臺壓縮機都有配套的低壓油霧分離器。設備整體供貨及控制系統集成為國內一企業自行設計、安裝，控制采用SIEMENS公司S7-400系統與繼電器組合的控制方式。在實際生產運行中，聚丙烯裝置一臺粒料風機出現操作員在控制室操作停機但壓縮機未停而PLC操作畫面顯示壓縮機停機的現象，最終導致機組燒毀，造成了較大的經濟損失。綜合現場各種因素分析，該設備的控制方案存在重大安全隱患，必須加以改造。

二、控制方案的隱患分析

整套輸送系統使用西門子的PLC控制系統[2]，而每臺壓縮機則單獨由繼電器搭建的控制盤進行控制，所有和機組控制有關的來自PLC和MCC的啟動/停止命令以及狀態指示信號都經過現場控制盤送到MCC和PLC系統。在就地控制模式時，工藝人員可以在現場進行啟動、停止操作。圖一為原始繼電器搭建控制原理圖：

圖一：原始繼電器搭建控制原理圖

存在的問題和隱患：

1.高壓電機主電機的啟動、停止命令由PLC系統發送正脈沖信號到現場控制盤，然后由控制盤送至MCC高壓柜，低壓電機油霧分離器的啟動命令由PLC系統發送正脈沖信號，停止命令為負脈沖信號。其中主電機的啟動命令在控制盤內由201、203號端子輸出，PLC發出的停車信號與現場停車信號（按鈕開關）、緊急停車信號（現場帶防護的拍停開關）三路匯總在控制盤內由205、209號端子輸出。本次事故發生后，操作人員按“現場停車按鈕”和“緊急停車按鈕”都無法將設備的電源斷開，經檢查為中間接線端子205、209松動，送出的停機信號無法到達MCC高壓柜，導致系統無法切斷電源停止設備，唯一的方法就是在MCC系統內將壓縮機的電源斷開，給操作帶來風險和不便。

2.送到PLC系統的壓縮機啟動、停止狀態信號取自控制盤內的中間繼電器。當中間繼電器收到動作命令信號后，將信號反送給PLC系統，用來在PLC操作員界面上指示電機運行的狀態。此信號反應的是現場控制盤內的繼電器狀態，邏輯上和電機的狀態應該是一致的，但在故障狀態下，并不真實反應電機的實際工作狀態。比如控制柜與MCC之間的回路節點出現問題，就會出現控制室內壓縮機的操作狀態和現場壓縮機的動作狀態不一致的情況，導致壓縮機空轉，因非正常操作導致出口壓力升高過載運行，使雙轉子嚙合，殼體因高溫損壞，每臺設備直接經濟損失高達170多萬元。

3.此例PLC系統和現場控制盤組合控制方式中的多數邏輯控制功能依靠繼電器實現，未能充分利用PLC系統SOE的功能，在故障分析、診斷方面存在缺陷。

三、改造方案及實施

為了消除原始控制方案存在的隱患，也為了滿足石化行業控制系統的控制要求，使控制系統能夠真正做到安全可靠、保證生產的順利進行，因此，從以下幾個方面進行改造。

1.改造方案

本次改造既要保證繼電器控制系統的完好，又要保證所有信號的安全性和可靠性，因此，不取消原有系統之間的往來信號，僅通過增加PLC與MCC之間的信號以滿足控制的實際需求。

（1）將PLC發出的停車信號一分為二。由于到控制盤的停車信號需要參與其他邏輯，保留原有停車信號、增加兩對電纜將高壓電機和低壓油霧分離器的停車信號從PLC直接送往MCC，以確保MCC的停車信號真實可靠，保證現場設備與實際操作一致。

（2）增加MCC到PLC的“運行/停止”信號。將“運行”、“停止”信號直接從MCC送到PLC，取消現場控制盤的“運行/停止”信號，由MCC傳送過來的“運行”信號代替原有的“運行/停止”信號參與聯鎖控制，并在流程圖畫面進行顯示，以保證運行信號的真實性和可判斷性。

（3）在MCC綜保系統增加“聯鎖停車信號”和“現場停車信號”的區分功能，即保證了任何一個停止信號都能停壓縮機，又方便了操作停車或故障停車的原因查找。

以聚丙烯為例，上述改造需要增加的PLC和MCC之間的接線端子：

2.方案的實施

為了實現改進的控制方案，使系統具有友好的人機交互界面，需要從硬件和軟件兩方面實施。

（1）硬件實施

增加PLC和MCC直接的控制電纜和繼電器等相關設備。每臺設備需要給主電機和油霧分離器各自增加一對“停止”命令信號電纜，共計32對電纜。每臺設備需要給主電機增加兩對“運行/停止”指示信號，共計32對電纜。

實施前經過工程計算需要敷設9000米電纜，為了確保質量，需要在電纜穿管敷設前和敷設后對電纜進行絕緣、接地檢查；按照設計標準圖要求將電纜密封接頭安裝在儀表的進線口，安裝達到防爆要求；保證電纜在穿管和槽盒時不受損傷，做好盤柜布置并做好電纜標簽。

（2）軟件實施

由于各系統已經正常運行，按照同一設備同一類型的點進入同一控制的原則進行備用通道的分配和查找，需要從同一控制器查找備用通道，在PLC系統內增加32個DO點和32個DI點，分配并進行軟件的組態。同時需要對程序進行修改、下裝和調試。下圖為壓縮機修改后程序的控制功能模塊。

增加了“高壓MCC Running”DI1信號和“LCP Running”直接的邏輯關系，同時將DO信號“高壓MCC主電機”DO2和“低壓MCC油霧分離器”DO3送到MCC系統。

結束語

本次改造涉及到裝置中的16臺同類設備，在未對主題控制設備進行大范圍動改的基礎上，僅對信號控制源及控制指令的變更，消除了系統運行的安全隱患，工程施工量少，實施容易。目前國內多家石化企業均應用此控制方案，都存在類似的問題，在推廣應用上應有更大的空間。

[1]李展峰,鄒振裕.水廠的風機控制系統改造中國給水排水2008.1第四卷第二期.

[2]黃義慧.湘鋼1#高爐電動風機軟啟動控制系統 金屬材料與冶金工程2011.12第39卷第6期.