原料氣壓縮機控制系統升級改造

臧傳蘭

(中國石油吐哈油田分公司水電處,新疆 吐魯番 838202)

丘陵液化石油氣(LPG)工廠由林德公司設計，全套引進日處理能力為120萬m3的輕烴處理裝置。該工廠第一單元的增壓區選用了5臺16SGT/W74型天然氣發動機-壓縮機組。現場PLC柜為氣動控制盤，在生產過程中，控制盤暴露出了無參數記憶、遠傳和數據記錄功能的缺陷，不利于機組故障分析；加之現場控制儀表受環境影響較大，且具有易損壞及不利維護等缺陷，嚴重影響了機組的安全平穩運行。因此，對控制盤進行升級改造迫在眉睫。

1 原配套控制系統①

原配套PLC控制系統的工作原理為，當機組具備啟機條件后，針形閥放置一定的開度(0.5圈)，推進啟動按鈕，機組將自動進行以下步驟：預潤滑泵開啟進行預潤滑30s；啟動馬達運轉盤車；吹掃10s；啟動燃氣閥開始打開并逐漸開大引進燃氣；接地開關斷開；火花塞點火；轉速迅速上升，啟車成功；超速開關切斷啟動風；啟動燃氣閥全部打開，運行燃氣閥開始打開；調速器開始控制轉速；運行燃氣閥全部打開；潤滑泵停止，機組實現正常運轉。

在運行過程中，該系統逐漸暴露出的問題有：現場氣動控制盤無存儲、記憶功能，不利于故障分析；無遠傳功能，無法實現實時監控，且不利于及時發現故障和存在的安全隱患，無法查找歷史數據和提供故障排查數據；現場報警停車儀表受環境影響較大，易損壞且誤報警率高。

2 FT-50控制系統功能及其應用

FT-50控制系統是集過程信號檢測、參數顯示、過程控制和故障診斷為一體并具有自身組網功能的信號過程處理與控制系統。分散式硬件結構和與過程設備結合緊密的軟件結構，使其具有控制系統的高安全可靠性和小型PLC系統的易維護性，并在實際使用中得到了較好的體現。

2.1 壓縮機組參數檢測

壓縮機組的過程參數分為模擬量信號、數字量信號和常數量。CPU和模擬量信號卡件采用16位處理系統，其檢測信號刷新速度快、實時率高，壓力信號檢測精度可達0.1Pa，溫度信號檢測精度可達+0.1% F·S級，能夠為設備運行狀況監測和分析提供良好的過程依據。數字量檢測卡件的信號反應速度可達0.1ms，能夠保證控制任務的準確和實時執行，提高了壓縮機組的自動保護功能。模擬量和數字量信號處理過程如圖1、2所示。

圖1 模擬量信號處理過程

圖2 數字量信號處理過程

2.2 壓縮機組參數顯示

FT-50控制系統中，經過處理后的系統數據庫內容可以通過就地顯示方式、CBOS100軟件在線顯示方式和遠程傳送集中顯示方式將數據提供給操作人員查看、監視。撥輪顯示屏工作原理如圖3所示。

圖3 撥輪顯示屏工作原理

2.3 CBOS軟件在線監視模式

在LED撥輪顯示的同時，FT-50控制系統支持用串口將數據傳送至一普通PC機(PC機CBOS100處于在線模式)進行集中顯示。可同時顯示模擬量數據與數字量數據，可幫助程序人員和操作人員批量監測，具有進行現場運行分析及軟件組態診斷等功能。PC在線顯示連接如圖4所示。

圖4 PC在線顯示連接

2.4 遠程傳送集中顯示方式

RTUS?Centre Station通信方式，采用網絡技術與相關網絡設備將多個RTU(多個FT-50控制系統，即多個壓縮機組)的數據遠程傳輸，并在主站設備中加以分類，最終進行數據交換，使現場設備數據被Intach等軟件利用，以完成上位機系統FT210的特殊功能，如圖形界面、歷史數據保存及形成歷史趨勢圖和相關報表等。

2.5 FT-50控制系統的功能

FT-50控制系統的控制功能主要由其軟件CBOS100中的組態設置再結合相應的硬件控制設備實現。軟件采用梯形圖邏輯語言和BASIC高級編程語言相結合的結構方式，硬件有向PID控制的功能塊等。這種軟件和相應專用硬件結合的結構形式，在壓縮機組的控制工作中主要有壓縮機緊急停車控制、常規數字量輸出控制和一些參數的PID控制，具體描述如下：

a. 壓縮機超速/減速緊急停車控制。該功能由頻率輸出、1路控制卡、數字量輸入卡和相關軟件聯合完成。

b. 常規數字量輸出控制主要由軟件功能設定和DO卡件結合，實現常規的繼電器控制和報警指示功能。

c. PID算法在空燃比中對燃氣流量進行控制。

CBOS100根據檢測的左右空氣匯管壓力值與燃氣匯管壓力值計算出空燃比，并利用PID算法輸出控制燃氣閥來消除空燃比與設定空燃比間的偏差，使發動機保持高速運轉。

2.6 在線自診斷功能

FT-50控制系統運行故障在線自診斷功能有軟件診斷方式和硬件診斷方式兩種。

軟件診斷方式。當系統出現故障時，故障代碼會同時出現在CBOS100軟件的診斷畫面和操作盤的4個LED顯示屏中，指示引起當前系統故障的原因代碼，通過壓縮機故障代碼對照表，操作人員很快便會找到系統故障的原因。

硬件診斷方式。硬件診斷通過8個通信指示燈的亮/暗與閃爍/靜止的不同組合方式代表不同的系統故障，操作人員可以通過診斷說明對照8個LED的狀態得到當前故障原因。

軟、硬結合的故障診斷和信息傳遞方式給不同運行條件下的故障分析提供了方便，提高了壓縮機組的運行時率。

3 CASCADE軟件的應用

CASCADE程序是一套基于Windows操作系統的專門進行壓縮機參數計算的專業軟件。按照計算功能，可分為尺寸計算(計算壓縮機的氣缸直徑)和服務性計算(計算壓縮機的運行性能參數)兩部分。

CASCADE結合一些常用數據可以計算出氣缸直徑并將相關結果定義到壓縮機的效率優化服務包中。服務程序通過大量的輸入、輸出數據可以對壓縮機的性能進行預測，如機組結構的詳細技術數據庫(氣缸和其他信息)。

CASCADE不但能夠計算流量、功率和每十萬標方氣的馬力數(馬力/feet3，1kW=1.359 621 6 米制馬力)，還能計算內部冷卻氣損失、活塞桿負荷及連桿負荷轉化等。

CASCADE可以自動完成氣缸余隙到流量或功率的仿真模擬，變量可以通過不同的RPM吸入壓力和排氣壓力參數模擬得到。

CASCADE中的Curve plotting可以根據數據自動繪制出相關性能參數的曲線。

4 結束語

日處理能力為120m3的輕烴裝置控制系統升級改造后，通過圖形顯示、歷史趨勢圖和相關網絡功能向用戶提供了一個獨立終端，用以提供壓縮機組運行狀況的信息，真正實現了實時在線監控，便于及時發現故障并分析原因，減少了故障解決時間。FT-50控制系統強大的計算功能、高可靠性和安全性，有效地降低了機組的帶病運行和誤報停機故障率。