基于TSxPlus 系統的約克冷凍機組聯鎖控制改造

趙富興 張宏軍 張顏鵬 吳 冬 榮學生

（中國石油遼陽石化分公司儀電中心）

中國石油遼陽石化分公司尼龍廠（以下簡稱尼龍廠）3 套冷凍機采用的是約克水冷離心機系列產品，投用時機組運行情況良好，但是近年來卻頻繁出現故障，均出現了控制面板線路老化腐蝕現象，且在日常運行過程中頻繁黑屏，導致機組停運，裝置非計劃停工，給裝置正常生產帶來了很大的困擾。 雖然維護人員在更換端子板等一系列備件后使得冷凍機組能夠運行，但是卻未能從根本上解決問題，機組故障仍然頻繁發生。 為此， 中國石油遼陽石化分公司經過多方研討論證，決定對尼龍廠約克冷凍機組進行聯鎖控制改造。

1 改造方案及論證

為解決冷凍機組系統故障尼龍廠提出了兩種方案［1］：

a. 第1 種方案是從約克冷凍機廠家引進一套新的控制系統。 該方案的優點是控制方案比較成熟，系統短時間運行比較平穩；缺點是成本高，而且以后每次故障都需要聯系廠家人員到現場處理，故障處理時間周期長。

b. 第2 種方案是利用其他控制系統來實現冷凍機組的聯鎖控制功能。 該方案的優點是節約改造成本，并且改造后維護人員可以掌握新控制系統的操作與維護，可以自主處理故障，節約時間成本；缺點是需要自主選擇控制系統，改造具有一定的不確定性。

經過多次研討論證，尼龍廠最終決定采用第2 種方案， 選用康吉森的TSxPlus 系統來實現冷凍機組的聯鎖控制功能。 該系統是基于硬件容錯安全控制技術的邏輯與過程控制系統，可以實現冷凍機組的全部控制功能，并且可靠性也能滿足現場的實際需要。 TSxPlus 系統具有以下特點：

a. 三重冗余架構，具有容錯特性，主控制器運行時可滿足SIL3 的要求，智能化I/O 模塊降低了主控制器的負荷。

b. 支持3-2-1-0 降級模式， 可承受苛刻的工業環境。

c. 正常運行過程中可進行模塊級現場安裝和維護，更換I/O 模塊時不需要拆卸現場接線。

d. 系統最多支持64 個控制站， 單控制站最多支持1 個主機架加14 個擴展機架。

e. 系統具有多種故障診斷與報警功能，當系統診斷到故障后， 模塊指示燈會顯示故障狀態，也會在上位機上顯示故障報警信息。 用戶可根據診斷信息采取糾正或維修措施。

2 改造方案實施

2.1 硬件組態

統 計 現 場I/O 點 數：AI 為21 點，AO 為4點，DI 為9 點，DO 為11 點。 根據現場I/O 點數量， 需要配置的卡件包括：32 通道AI 卡1 塊，16 通 道AO 卡1 塊，32 通 道DI 和DO 卡 各1塊。

現場只需一個機架即可滿足要求。 機架配置完成后，現場敷設電纜，將冷凍機組的I/O 信號引入TSxPlus 系統，TSxPlus 系統機柜放置于專用的機柜室內，機柜室內的溫濕度等環境條件均需滿足系統運行要求。

2.2 軟件組態

利用ARCHITECT PROGRAM 編程工具的FBD 語言， 將冷凍機組聯鎖邏輯形成程序塊，下裝到TSxPlus 系統的控制器中， 控制器的DO 卡輸出聯鎖信號，用以驅動系統機柜中的繼電器動作，從而實現冷凍機組的聯鎖控制功能。

2.3 上位機操作界面HMI 組態

上位機HMI 操作界面共13 幅， 主要包括系統登錄界面、冷凍機主界面、控制界面、報警界面及跳車界面等。 在冷凍機現場增加一臺觸摸屏控制的操作站，可以在現場實現冷凍機組的運行監控、啟停控制等功能，給機組操作和維護帶來極大的便利。

2.4 系統供電和接地

系統220V（AC）供電采用雙路電源冗余的方式，即一路供電引自變電所的UPS，另一路供電引自與UPS 分隔的獨立市電，保障了供電的可靠性；24V（DC）供電采用兩個24V 電源模塊冗余的方式，即其中一個模塊故障不會影響系統的正常運行。

系統的工作地和安全地各自獨立，并且各自用6mm2的接地銅線匯總到各自的接地排， 保障了系統接地的可靠性。

2.5 控制功能調試

改造后，由廠家和儀表人員一起按照邏輯進行聯鎖校驗，由工藝人員參與，一一驗證冷凍機組操作和聯鎖控制功能。

2.5.1 啟動前檢查

啟動前檢查包括： 檢查油箱溫度是否達標，檢查油泵啟停是否正常，檢查冷凍水泵導流葉片是否為關閉狀態。

2.5.2 啟動過程

當啟動前檢查全部合格以后， 點擊啟動按鈕，并且在50s 內完成預潤滑操作。

2.5.3 啟動后的控制功能

冷凍水出水溫度控制：當壓縮機達到其運行速度后， 通過比例-微分控制器調節葉片開度來實現冷凍水出水溫度的恒定。

冷凝器液位控制：通過一個可變節流孔板來控制流入蒸發器的制冷劑流量，在程序控制下自動調節可變節流孔板，使冷凝器中的液位達到設定值。

當檢測到喘振時，可以采用以下控制模式：

a. 如果未設定延長運行點， 當冷凍機在3min 內喘振次數大于限定次數時，系統選擇安全停機。

b. 如果設定了延長運行點， 當冷凍機在3min 內喘振次數大于限定次數時， 冷凍機進入10min 延長運行模式，此時導流葉片無變化；如果在延長運行的10min 內，冷凍機的喘振次數達到另外一個設定值，則系統選擇安全停機。

2.5.4 潤滑油系統

系統遠置的油槽中裝有電機驅動的浸入式油泵，該油泵采用變頻調節，機組停機時，當導葉完全關閉后，可繼續運行150s，再停止油泵；油泵裝有手動測試按鈕，可進行啟停測試。

2.5.5 停機條件

機組停機分為正常停機和聯鎖緊急停機，正常停機后再啟動不需要復位，聯鎖緊急停機再啟動時需要進行手動復位。

正常停機條件有：潤滑油溫差過低，潤滑油溫度過低，冷凍水出水溫度過低，冷凍水出水水流開關斷開。 當各參數恢復到正常時，機組重新啟動。

聯鎖緊急停機條件有： 蒸發器壓力過低，蒸發器壓力傳感器或出水溫度探頭故障，蒸發器壓力傳感器或溫度傳感器故障，冷凝器高壓保護觸點斷開，冷凝器壓力過高，冷凝器壓力傳感器超出量程，排氣溫度過高，排氣溫度過低，潤滑油溫度過高，潤滑油壓差過小，潤滑油壓差過大，潤滑油壓力過低， 止推軸承位置傳感器超出范圍，止推軸承油溫過高。

3 系統調試過程中的問題處理及總結

3.1 電機軸承溫度波動

新系統投用后，冷凍機運行時電機軸承溫度出現大幅波動， 而冷凍機停止時溫度又指示正常。 經維護人員檢查，發現電機軸承的溫度探頭接線端子處有碰壁現象，機組運行時由于本體振動造成端子碰壁接地，引起溫度大幅波動，現場增加絕緣措施并緊固端子后， 溫度指示恢復正常。

3.2 現場觸摸屏電腦死機

新系統運行一段時間后，冷凍機組現場的觸摸屏出現了死機現象，需要重啟才能正常，經廠家維護人員到現場處理判斷，發現現場觸摸屏電腦的系統版本不對，與軟件有兼容性沖突，導致運行緩慢，發生死機的現象。 廠家人員對觸摸屏電腦進行了系統升級后，現場觸摸屏電腦死機的問題得到了解決。

3.3 系統改造的經驗總結

總結本次冷凍機組的聯鎖控制改造過程，可以得出：

a. 系統的可靠性和穩定性非常重要，直接影響到改造后機組的平穩運行，因此需采用成熟可靠的控制系統；

b. 聯鎖模擬試驗很有必要；

c. 新電腦一定要采用正規廠家的產品，電腦操作系統的穩定性會直接影響控制程序軟件的運行，因此一定要確保其軟、硬件兼容性均符合要求；

d. 一定要做好資料歸檔工作，改造涉及冷凍機組的全部聯鎖、控制，因此資料的完善和準確對日后的維護和故障處理非常重要，不僅要單獨成冊，而且要在原圖紙上標明新資料的名稱和更新日期，以保障最新版圖紙能夠得到使用。

4 結束語

本次改造進展順利，實現了尼龍廠3 套約克冷凍機組一次投運成功，這得益于改造前的充分方案論證和模擬試驗，以及對改造工作量、備件材料消耗和改造指標的準確預估。 改造實施后，TSxPlus 控制系統狀況良好，各項運行參數、報警信息記錄完善；機組操作、維護方便；系統改造后優化了機組的負荷控制，3 臺機組電機運行電流都有了較大幅度的降低， 達到了節能降耗的效果，對裝置的平穩生產具有重大意義。