CCS 控制系統和調速控制系統在重油催化裂化裝置中的應用

王 軍 陳幫明 東立明

（中國石油蘭州石化公司電儀事業部）

重油催化裂化裝置反應再生單元中，汽提后的催化劑在沿著待生立管下流進入再生器的過程中，與上升的主風（由主風機提供）逆流接觸，混合開始燒焦，完成焦炭和CO 的燃燒。主風機機組在催化裂化中具有十分重要的作用，它是催化裂化裝置的“心臟”設備，必須連續運轉。 若主風機停運，則會導致催化裂化裝置停產。 從工藝角度而言，主風機的主要作用有：提供燒焦需要的氧氣， 保證再生器內的催化劑處于燒焦狀態，使再生器內壓力平衡。

在此，筆者探討了CCS 控制系統和調速控制系統在重油催化裂化裝置中的應用，以確保主風機機組的長周期連續運轉。

1 CCS 控制系統

主風機CCS 控制系統的硬件核心是基于三重模件冗余（TMR）容錯結構的容錯控制器TRICON，軟件滿足IEC 1131-3 的要求。 TRICON 的每個制造機構 （包括制造設備） 都獲得了ISO 9000 認證，并通過TUV AK6 認證。

TRICON 系統有3 個主處理器， 其工作方式為3-2-1-0 或3-2-0。 每個掃描周期各主處理器之間都通過TriBus 進行通信，以達到數據同步。系統中所有的I/O 信號都要經過硬件的三取二表決。TriBus 表決數字輸入數據、比較輸出數據，并將模擬輸入數據拷貝至各主處理器。 主處理器執行控制程序把控制程序所產生的輸出送給輸出模塊。TRICON 三重冗余硬件結構如圖1 所示。

圖1 TRICON 三重冗余硬件結構示意圖

數字量輸入信號在DI 模塊中被分成隔離的3 路， 通過3 個獨立的通道分別送至3 個主處理器中進行三取二表決； 糾正偏差后的數據通過3條I/O 總線被送到DO 模塊，并在DO 模塊中通過方形表決電路進行再次表決。 同樣， 模擬量輸入信號在AI 模塊中被分成隔離的3 路， 通過AI 模塊上每個分電路的模數轉換器把模擬量轉換成12 位的數字量，用32 位的協處理器進行處理，每個主處理器采用選取中間值的算法讀取正確值，并糾正所有分電路中的偏差。 主處理器輸出的模擬量信號在AO 模塊的模擬輸出選擇器中進行選擇，以確保輸出信號的準確性。

TRICON 系統最大的特點是可以通過三重模件冗余結構提供容錯能力。對于每個I/O 模塊，系統支持一個可選的熱備模塊。如果裝有熱備模塊，則在運行中當主模塊發生故障時， 備件可投入控制。 每個主處理器上有一個專用的I/O 通信處理器， 用于管理主處理器和I/O 模塊之間的交換數據。

2 調速控制系統

2.1 系統控制模式

調速控制系統進入正常運行后， 主操界面由3 部分組成：選擇開關、調速按鈕/轉速設定和啟停按鈕。 此時，系統有6 種控制模式：

a. CCS/就地控制模式。 即在主控室利用CCS系統進行操作控制和在現場利用操作盤進行操作控制。

b. 冷態/熱態啟動模式。冷態啟動模式為通常情況下的啟動狀態，停車5h 內再次啟動為熱態啟動模式。

c. 手動/自動模式。 手動模式為常態模式，是以轉速為控制變量的單回路控制； 自動模式是以壓縮機入口壓力為主變量、 汽輪機轉速為副變量的串級控制。

d. 運行/超速模式包括運行模式（進入正常運行模式r101A_MODE=6）、超速模式（進入超速模式r101A_MODE=8）和正常運行模式（選擇開關處于CCS 控制+冷態啟動+手動模式+運行模式）。

e. 升速/降速模式 （圖2）。 調速按鈕由 “升速”、“保持”、“降速” 按鈕組成。 這3 個按鈕為組合式三選一按鈕，即在任何時刻只能有一個選擇、只能輸出一種結果（以紫色作提示）。 具體操作方式為： 當升速按鈕按下時（e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==1）， 轉速設定值將一直以10r/s的速度上升，直到按下保持按鈕；當降速按鈕按下時 （e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==2），轉速設定值將一直以10r/s 的速度下降，直到按下保持按鈕；當保持按鈕按下時（e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==0），停止轉速設定。

f. CCS 轉速目標設定模式， 即直接用鍵盤輸入轉速給定值。 機組所有升降速都是通過改變目標轉速來實現的，目標轉速的給定十分復雜，包含各階段模式判斷、升降速率、臨界區快速通過、是否串級等各種因素。

圖2 升速/降速選擇邏輯

TARGET_GENERAE 功能塊的作用是產生與汽輪機升速曲線相對應的各調速模式下的目標轉速。 當機組轉速調節為手動調速模式時，轉速的控制是以r101A_SPDSPA （目標轉速） 為給定、r101A_SPEED（實測轉速）為反饋的單回路控制 （工藝正常操作運行狀態）。 TARGET_GENERAE 功能塊和SRAMP04 配合使用， 用于輸出目標轉速。

調速輸出主要是通過VPID_LIMITER_05 模塊實現的，該模塊的主要功能是根據目標轉速與實測轉速之間的偏差值， 通過PID 參數計算，給主汽門一個百分開度值。

2.2 實測轉速計算

主風機機組共有6 個轉速探頭：1 個用于就地轉速顯示，3 個用于超速聯鎖三取二保護停車（聯鎖值8 011r/min）， 剩余2 個探頭的檢測值通過SPD_SELECT03 模塊運算后輸出機組轉速（r101A_SPEED）用于速度調節，如圖3 所示。

圖3 轉速選擇邏輯

實測轉速（r101A_SPEED）的輸出值包括：

a. 當兩個速度探頭都正常時，輸出高值；

b. 當有一個探頭故障時，輸出另一個正常探頭的轉速值；

c. 當兩個探頭都故障時，輸出0。

2.3 目標轉速的安全限位

為了保障機組的安全運行，系統對不同模式下的目標轉速作了最大值 （r101A_SPDMAX）、最小值（r101A_SPDMIN）限位。 具體限位值根據機組的調速模式不同而不同。

目標轉速最大值、最小值限制邏輯如下：

a. r101A_MODE＜2，r101A_SPDMAX=0；

b. r101A_MODE=3，r101A_SPDMAX=1000，r101A_SPDMIN=0；

c. r101A_MODE=4，r101A_SPDMAX=2000，r101A_SPDMIN=1000；

d. r101A_MODE=5，r101A_SPDMAX=6935，r101A_SPDMIN=2000；

e. r101A_MODE=6，r101A_SPDMAX=7418，r101A_SPDMIN=6935；

f. r101A_MODE =7，r101A_SPDMAX =7418，r101A_SPDMIN=1000；

g. r101A_MODE=8，r101A_SPDMAX=12000，r101A_SPDMIN=6935。

3 結束語

CCS 控制系統在汽輪機轉速控制中的應用使得機組運行穩定，提高了自動化控制程度。 機組調速控制系統滿足了各種生產工況的要求，使系統工作在穩定可靠的環境下，為裝置的長周期穩定運行提供了堅實的基礎。