MTP裝置烴壓縮機安全繼電器的控制策略優化*

李 文 蘭向軍 張 冰 張新民

(神華寧夏煤業集團烯烴一分公司)

MTP裝置烴壓縮機安全繼電器的控制策略優化*

李 文 蘭向軍 張 冰 張新民

(神華寧夏煤業集團烯烴一分公司)

針對MTP裝置烴壓縮機安全繼電器存在的輸入回路接線復雜、端子松動、控制程序邏輯不完備和高頻誤動作問題，提出安全繼電器硬件控制回路與邏輯優化、軟件控制邏輯優化策略。優化改造后，降低了安全繼電器誤動作的頻率。

烴壓縮機 MTP裝置 安全繼電器 硬件回路接線 軟件邏輯優化

神華寧夏煤業集團烯烴一分公司年產50萬噸煤基烯烴項目甲醇制丙烯裝置(簡稱MTP裝置[1])采用德國魯奇技術，是世界上第1套工業化應用的煤基烯烴裝置，于2010年8月建成并投產[2]。全裝置有兩臺透平壓縮機和6臺成套小壓縮機。其中烴和丙烯透平壓縮機是MTP裝置的“心臟”，任意一臺壓縮機停機都會導致全裝置停車，并造成物料回流打循環和放火炬。

1 項目背景與改造目的

MTP裝置自開車至今，烴壓縮機PilZ安全繼電器發生兩次故障。同時由于安全繼電器故障信號604XS5126A/B參與壓縮機停機聯鎖，而聯鎖觸發的結果是防喘振閥電磁閥失電、閥門打開，速關油電磁閥關閉，最終導致烴壓縮機跳車。因此，對聯鎖信號參與安全繼電器回路的控制策略進行優化改造，以確保不因安全繼電器故障而影響烴壓縮機長周期安全穩定運行是十分必要的。

2 PilZ安全繼電器工作原理與回路接線

PilZ安全繼電器是一款多功能、可自由配置的模塊化安全系統，由一個基礎模塊和若干個擴展模塊組成[3]，具有冗余雙通道輸入、輸出功能。它配置了具有隔離和增加輔助接點功能的繼電器模塊(由幾個繼電器與電路組合而成)，目的是互補彼此的異常缺陷，降低誤動作率。

2.1工作原理

安全繼電器通常由鐵芯、線圈、銜鐵和觸點彈簧片組成。當在線圈兩端施加一定的電壓時，線圈就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁吸引力的作用下克服彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后，電磁吸引力隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與靜觸點斷開。如此吸合與釋放，從而達到導通與切斷的目的。

2.2引腳功能與回路接線

安全繼電器(圖1)由主功能模塊SR和擴展功能模塊EX兩部分組成：SR模塊集聯鎖信號輸入、被控對象信號輸出與復位功能于一體；EX模塊具有單雙通道輸入、多信號輸出控制功能。

當安全繼電器處于運行準備狀態時，安全觸點閉合，電源Power燈綠色表示電源供電正常，通道1、通道2的指示燈綠色表示安全輸入回路正常，輔助觸點41-42斷開。如果輸入回路斷開，則安全輸出觸點13-14、23-24、33-34也斷開，輔助觸點41-42閉合，狀態指示燈熄滅。

安全繼電器有3種輸入回路接線方式：

a. 單通道輸入。S21-S22短接，將急停按鈕常閉觸點連接至S11-S12。

b. 雙通道輸入，無短路檢測。短接S21-S22，將急停按鈕的常閉觸點連接至S11-S12和S11-S32。

c. 雙通道輸入，有短路檢測。短接S11-S12，將急停按鈕的常閉觸點連接至S21-S22和S31-S32。

圖1 安全繼電器結構示意圖

安全繼電器主副模塊各引腳端子的含義見表1。

表1 安全繼電器主副模塊各引腳端子含義

3 PilZ安全繼電器硬件控制回路與邏輯優化

3.1硬件控制回路分析

安全繼電器原設計輸入控制回路框圖如圖2所示。MTP裝置急停信號功能由兩塊冗余安全繼電器實現，即主功能模塊SR01、SR02采用雙通道輸入法串接三重化數字輸入急停信號：操作盤急停按鈕信號、輔操臺急停信號和機柜間急停信號串接到一入兩出安全繼電器，其中一組直接經Triconex數字輸入卡參與ITCC三取二邏輯實現聯鎖停車，另一組接到安全繼電器第1通道S11-S12；本特利振動信號、超速保護信號與ITCC跳車信號串接后，一組直接參與ITCC三取二邏輯實現聯鎖停車，另一組接到安全繼電器第2通道S21-S22，由兩組安全繼電器實現硬件冗余聯鎖跳車功能。安全繼電器主功能模塊SR01、SR02輸出的常開觸點13-14、23-24、33-34控制6臺速關油電磁閥，擴展模塊EX01、EX02輸出的常開觸點13-14、23-24、33-34控制3臺防喘振閥的6個電磁閥，安全繼電器單故障信號參與ITCC聯鎖停車邏輯。

圖2 安全繼電器原設計輸入控制回路框圖

由圖2可知，本設計主要缺陷是：急停信號硬件串接接線復雜，存在接線端子松動、虛接和誤接的隱患，任意一個急停信號故障都會引起壓縮機停機；安全繼電器故障信號是單點聯鎖，任意一個繼電器故障都會觸發聯鎖誤動作停機。為此，將安全繼電器輸入的各停車信號硬件聯鎖功能轉化為由ITCC軟件邏輯組態聯鎖實現停機，以有效降低壓縮機誤停機的風險。

3.2邏輯優化

在符合工程應用的前提下，以安全穩定運行為優化目標，設計一套以軟件程序組態為主、硬件連接為輔的安全繼電器輸入控制回路(圖3)，徹底規避因安全繼電器故障單點聯鎖或硬件多級串接接線松動而導致的壓縮機誤停機。

圖3 優化后的安全繼電器輸入控制回路框圖

將各急停按鈕直接輸入至安全繼電器的信號取消，在ITCC程序中優化急停信號三取二的控制邏輯。安全繼電器的輸入端僅保留ITCC聯鎖邏輯停機的4組信號(A、B、C、D)，A、C兩組信號分布在同一DO卡并連接至SR01的第2通道S21-S22，B、D兩組信號分布在同一DO卡并連接至SR02的第2通道S21-S22，將SR01、SR02的空通道S11-S12短接，輸出通道接線保持不變。同時，在ITCC組態中將兩個繼電器故障信號做二取二聯鎖邏輯。

4 PilZ安全繼電器軟件控制邏輯優化

MTP裝置烴壓縮機的ITCC控制采用三重化冗余結構，易于組態，且性能安全穩定的TRICON控制器。Tristation 1131支持3種遵循IEC 1131-3標準的編程語言：功能塊語言、梯形圖語言和結構文本語言。筆者采用功能塊語言編程實現聯鎖邏輯表決功能，繼電器輸入信號表決邏輯如圖4所示。在ITCC程序中分別對三重化信號(急停按鈕、速度、振動)進行三取二表決，即A、B、C3個信號兩兩相或運算后再進行與邏輯運算，最后再對現場急停604HS5602、MTP機柜間急停604ES5603、中控輔操臺急停604XS60415、本特利超速保護604SXHH5602和振動604VSHH5100這5組信號進行與邏輯運算，運算結果為0時觸發聯鎖，同時結果經A、B、C、D4個通道輸出至安全繼電器主模塊SR01、SR02的第2通道。

圖4 繼電器輸入信號表決邏輯

另外，在ITCC監控畫面醒目位置為安全繼電器運行狀態設置報警指示，操作人員可以通過顯示器監控安全繼電器的運行狀況，當繼電器運行過程中出現故障或接線松動時，監控畫面會出現報警閃爍，提醒操作人員及時采取措施排除故障，保證裝置穩定運行。

5 應用效果

基于上述分析，在MTP裝置大檢修期間對烴壓縮機安全繼電器硬件回路接線和軟件控制邏輯進行了改造與優化。優化后，裝置運行至今未發生由于安全繼電器故障而導致的烴壓縮機跳車事故，避免了機組損傷和人員傷亡事故的發生。聚丙烯單產53t/h，價格每噸0.8萬元，從停機到啟機正常運行至少需要3h，則優化改造后每年減少直接經濟損失約127.2萬元，為企業創造了可觀的經濟效益。因此，針對安全繼電器控制策略的改進與優化是可行的。

6 結束語

筆者采用降低安全繼電器硬件回路接線復雜度和優化軟件控制策略的方案，簡化了安全繼電器輸入回路繁雜的硬件接線，降低了繼電器的故障率，使得安全繼電器故障不再影響烴壓縮機的正常運行。通過簡單、直觀的監控畫面報警提醒，操作人員能夠在第一時間發現繼電器運行狀態故障，以便及時排查故障原因并采取有效措施，確保了壓縮機的穩定運行，實現了裝置安全生產的要求，為企業經濟效益達標奠定了堅實基礎。

[1] 許力強,徐亞昆,呼宏安.針對GSP氣化爐運行參數波動的控制策略優化改造[J].化工自動化及儀表,2013,40(11):1440～1441.

[2] 蘇慧,江永軍,雍曉靜.優化系統操作提高MTP反應丙烯收率的研究[J].廣州化工,2013,41(23):138～139.

[3] 鄒陽方,孫長春,張文宏.PNOZmulti模塊化安全繼電器在涂裝車間的應用[J].汽車工藝與材料,2008,(11):33～36.

李文(1985-)，工程師，從事壓縮機及其控制系統的研究，liwen219@126.com。

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