TRICON系統在氫增壓機組控制中的應用

摘要：中海石油煉化有限責任公司惠州煉化分公司180萬噸/年催化重整裝置氫增壓機組是由沈陽鼓風機集團股份有限公司生產的離心壓縮機和杭州汽輪機股份有限公司生產的汽輪機組成。文章介紹TRICON控制系統在催化重整裝置氫增壓機組控制中的應用，并介紹了其硬件組成及組態的軟件。

關鍵詞：TRICON系統；氫增壓機組控制；控制系統；PLC；三重冗余 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK413 文章編號：1009-2374（2016）36-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.022

在中海石油煉化有限責任公司惠州煉化分公司180萬噸/年催化重整裝置氫增壓機組，該裝置的增壓機組由沈陽鼓風機集團股份有限公司生產的離心壓縮機和杭州汽輪機股份有限公司生產的汽輪機組成。該機組采用了美國TRICONEX公司的TRICON TS3000控制系統，硬件方面：TRICON MP模塊三重冗余系統，I/O模塊的各通道也是三取二。系統方面：下位機控制聯鎖組態，組態軟件為TRISTASION 1131，該系統對壓縮機各參數集中控制、聯鎖和保護，并使之相關數據顯示在人機界面INTOUCH上。

該系統硬件包括：主處理器MP3008、電源模塊8312、模擬量輸入模塊AI卡3721、模擬量輸出模塊AO卡3805E、脈沖量輸入模塊PI卡3511、通訊模塊TCM卡4351B、數字量輸入模塊DI卡3503E、數字量輸出模塊DO卡3625，另外還有冗余的直流24伏電源、MTL安全柵、OMRON繼電器等。

電源模塊8312：每一個TRICON機架裝有兩個電源模塊。每個電源可單獨承擔系統在額定溫度下的全負荷運轉。電源中有鋰電池可維持系統掉電后仍能夠保持主處理器中的RAM數據6個月。每個電源的額定值最小為

200瓦。

模擬量輸入模塊AI卡3721：包括三個隔離的分電路。每個輸入分電路從每點接受不同的電壓信號并將其轉換成數字值，并將其送到三個主處理器。每個主處理器為了確保數值的正確采用算術運算，選取其中間值。每個輸入點檢測時為了避免分電路之間相互影響，模塊本身對各個分電路進行完整的診斷。該模塊支持熱備用功能，可以在線更換有差錯的模塊或只是為連續工作的模塊做備用。所有模塊需要一個單獨的現場端子模件。選用不同的端子板可以連接電阻信號或電流信號。

模擬量輸出模塊AO卡3805E：模塊可以接收主處理器三個分電路中任何一個分電路的輸出信號。每組的三個信號通過表決選出完好的分電路來驅動8個4～20mA輸出。模塊要監視它本身的電流輸出并有一個內部的參考電壓作為自校正和模塊完好信息。該模塊支持熱備用功能，可以在線更換有差錯的模塊或只是為連續工作的模塊做備用。

脈沖量輸入模塊PI卡3511：包括三個隔離的輸入分電路，每個分電路獨立處理輸入到模塊的全部數據。再將數據送入主處理器，然后輸入數據在主處理器處理前進行表決以保證最高的一致性。任意一個分電路有差錯，則模塊的故障LED亮，機架發出報警。LED亮只表示分電路有差錯而不是模塊有故障，模塊仍然可以在兩個分電路有差錯的情況下繼續進行正常工作。該模塊支持熱備用功能，可以在線更換有差錯的模塊或只是為連續工作的模塊做備用。所有模塊需要一個單獨的現場端子模件。該模塊能夠感受來自磁性傳感器輸入設備的電壓躍變，并在一定時間內對其進行累加（即速率測量）。

數字量輸入模塊DI卡3503E：包括三個隔離的輸入分電路，獨立處理輸入到模塊的全部數據。每個輸入點每隔1毫秒由每個分電路上面的微處理器掃描一次，再將數據送入主處理器，然后輸入數據在主處理器處理前進行表決以保證最高的一致性。該模塊支持熱備用功能，可以在線更換有差錯的模塊或只是為連續工作的模塊做備用。

數字量輸出模塊DO卡3625：模塊可以接收主處理器三個分電路中任何一個分電路的輸出信號。每組的三個信號通過模塊本身的方型表決器硬件線路表決，產生一個經表決后的送往現場端子模件去的數字輸出信號。每個模塊有一個電壓反饋回路，它檢驗與負載無關的每個輸出開關的情況。任意一個分電路有差錯，則模塊的故障LED亮，機架發出報警。該模塊支持熱備用功能，可以在線更換有差錯的模塊或只是為連續工作的模塊做

備用。

通訊模塊TCM卡4351B：該模塊用于與PC站、DCS及其他設備通訊，它擁有RS232或者RS485接口、以太網接口，支持開放性網絡，可實現SOE功能和DDE功能，使用TCP/IP或IEEE802.3協議，該通訊卡通過以太網功能與上位機進行通訊，控制系統默認的IP為192.168.1.1對于操作站或工程師站也必須有一個與通訊卡在同一網段的IP地址與其對應。該通訊卡與DCS以MODBUS方式進行通訊，只要MP的內存地址已經定義并分配了地址，DCS就能夠讀到任何它所需要的數據。

該系統軟件編程使用的是Tristation1131，是在WINDOWS圖形界面上生成的很容易使用的編程軟件，有一整套編程工具可以用來開發各種控制軟件。在TRISTATION1131項目中，程序是最高級別的邏輯元素。程序中包含函數和函數塊，但不包含其他的程序。根據操作要求，項目可以分成多個程序。函數塊是一個由一個或多個變量組成，彼此之間能產生相關操作的執行單元。程序的功能為模擬量的轉換、數據的邏輯、模擬量調節輸出。模擬量轉換功能，從現場輸入4～20ma的模擬量信號，把這個信號轉換成我們所需要的量程，在TRICON控制器中原始量程為819～4095，即4ma對應819、20ma對應4095，然后再把原始的量程轉換為所需要的數據量程即可。數據的邏輯包括了用于壓縮機組控制的報警邏輯、聯鎖邏輯、開車邏輯、盤車邏輯、報警邏輯以及聯鎖邏輯、聯鎖切除邏輯。模擬量調節輸出既是用PID調節程序，包含了壓縮機組的潤滑油油壓調節、密封器差壓調節等。

SOE（Sequence of Events）順序事件記錄，該記錄可以記錄機組的各種事件，它儲于MP內部，最多容納70000條，只要MP不停止，該記錄會一直存在，它的精確度可達毫秒級。

SPEED程序塊：主要用于汽輪機的調速，在本套控制系統中，汽輪機調速分為以下六種操作模式：允許啟動、暖機、升速、運行、超速、正常停車，在啟動機組時系統會按照系統提供的升速曲線自動運行，也可以手動進行提速，但轉速設定必須按照升速曲線的要求來設定，汽輪機調速有三種控制：PLC手動控制方式、入口壓力控制方式、抽氣控制方式。

SURGE程序塊：主要負責機組的防喘振控制，當壓縮機與一定容積的管網聯合工作時，由于管網阻力過大或機組本身性能下降等原因造成機組負荷過大，此時氣流強烈震動，管網和機組的參數都會出現大幅度的波動，即流量、壓力隨時間大幅度周期性變化，壓縮機的功率以及聲響周期性變化，這種變化非常劇烈乃至機組無法正常運行，這種現象稱為喘振。在本系統中采用TRICONEX公司動態防喘振功能，當壓縮機的工作點迅速向左移動，即要發生喘振時，此控制方法可以提前打開一定開度放空閥（即防喘振閥），起到預防喘振的作用，當工作向左移動過快，導致機組喘振時，此控制方法可以讓電磁閥失電并將向右側調整一定數值的防喘振線，以保證提前打開喘振閥起到防止機組喘振的作用。

這套監控系統軟件是在WINXP操作系統支持下運行，根據設計和工藝要求由intouch軟件平臺生成的工程應用軟件。該監控系統軟件共設計多種功能畫面，包括有開車條件畫面、系統圖畫面、報警畫面、聯鎖畫面、趨勢圖畫面、測點清單畫面、轉速調節畫面、防喘振畫面等等。每種功能畫面均有不同的功能選項，通過對各選項的操作來監控機組運行。先進水平的動態防喘振技術使機組運行更加安全可靠；功能完善的轉速調節技術銳增機組運行效率；性能曲線把機組性能及防喘振控制完美地結合在一起。機組的調節畫面顯示出對被控對象的實時調節；機組出現故障時，系統具有報警聯鎖能力，畫面能及時、準確地顯示當前故障信息，另外，報警清單始終顯示在屏幕上端的報警聯鎖窗上；系統參數設有密碼保護，修改前需輸入正確的口令；顯示壓縮機及汽輪機的氣路、油路、密封等工藝流程圖、通過顏色的變化直接反映機組運行情況。

采用TRICON控制器解決方案不但節約了成本，它的功能塊編程語言清晰、簡短，使用戶對系統更容易理解，上位機通過雙重以太網通訊使得數據從MP控制層無縫過度到管理層，數據通訊非常流暢，滿足了機組控制的要求，確保不會因為控制系統的故障影響到機組的運行，能長周期安全、穩定運行。

參考文獻

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作者簡介：劉劍威（1984-），男，遼寧沈陽人，沈陽鼓風機集團股份有限公司電氣工程師，研究方向：壓縮機控制系統開發集成設計。

（責任編輯：蔣建華）