合成氨6 kV系統(tǒng)一鍵順控的應(yīng)用

李卓陽，樓宇昂

（浙江晉巨化工有限公司，浙江衢州 324004）

隨著工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)、自動(dòng)化的逐步推進(jìn)，一鍵順控系統(tǒng)在電力傳輸行業(yè)已經(jīng)逐步占領(lǐng)市場(chǎng)。而對(duì)于化工行業(yè)而言，卻鳳毛麟角。

一鍵順控系統(tǒng)是將繁瑣的操作簡(jiǎn)化為遠(yuǎn)程一鍵操作，既降低了運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度，也保障了運(yùn)維人員操作時(shí)的安全。傳統(tǒng)的電力傳輸行業(yè)中，操作不頻繁，且每步操作較為單一。而工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)、配電行業(yè)對(duì)單柜操作的需求更大，尤其是合成氨工藝，生產(chǎn)負(fù)荷屬于連續(xù)生產(chǎn)性質(zhì)，工況波動(dòng)常需要倒機(jī)、甚至于調(diào)整多個(gè)工段負(fù)荷，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜程度高，單臺(tái)設(shè)備切換頻繁。兩者相比，一鍵順控系統(tǒng)投入到配電行業(yè)比輸電行業(yè)性價(jià)比更高。

1 設(shè)計(jì)原則

合成氨工藝主要配電系統(tǒng)可分為6 kV/10 kV、380 V 系統(tǒng)，380 V 系統(tǒng)常規(guī)采用DCS 系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控和自動(dòng)控制，而由于安全性、技術(shù)水平等方面的原因，6 kV/10 kV 系統(tǒng)一般無遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，就算有，也僅為單點(diǎn)操作，而通過一鍵順控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程順序控制。

一鍵順控系統(tǒng)，即通過從開關(guān)柜內(nèi)取用于判斷開關(guān)柜狀態(tài)的信號(hào)，再通過遠(yuǎn)程的指令觸發(fā)預(yù)制的程序運(yùn)算后，順序傳輸用于操作的控制點(diǎn)去控制開關(guān)柜內(nèi)斷路器、閘刀或地刀等硬接點(diǎn)，從而達(dá)到自由轉(zhuǎn)換三狀態(tài)的一種控制系統(tǒng)。

一鍵順控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：

1）穩(wěn)定性。考慮到多系統(tǒng)穩(wěn)定的問題，系統(tǒng)是將一鍵順控上所有電氣信號(hào)從SCADA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)取數(shù)據(jù)，且系統(tǒng)之間做了正向隔離，僅能訪問數(shù)據(jù)，不能串改數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。再關(guān)閉SCADA系統(tǒng)對(duì)開關(guān)柜的遠(yuǎn)程控制通道，僅一鍵順控系統(tǒng)能遠(yuǎn)程操作。

2）可靠性。引入了視頻聯(lián)動(dòng)功能和柜內(nèi)視頻監(jiān)控，柜內(nèi)觸點(diǎn)測(cè)溫等可提高系統(tǒng)的本質(zhì)安全[1]。

一鍵順控是基于可遠(yuǎn)控操作的開關(guān)柜基礎(chǔ)上，引入多重校驗(yàn)、順序執(zhí)行的理念，保障裝置操作的安全性[2-3]。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)接入系統(tǒng)未6 kV 系統(tǒng)，接線形式為單母分段，采用三相不接地系統(tǒng)，系統(tǒng)容量超過500間隔，設(shè)備類型有饋線、單機(jī)以及變壓器等。

針對(duì)于系統(tǒng)的容量和配置，配置1臺(tái)一鍵順控主機(jī)、1 臺(tái)智能防誤主機(jī)，且按照標(biāo)準(zhǔn)此2 臺(tái)設(shè)備必須非同一廠家生產(chǎn)產(chǎn)品，1臺(tái)做正常運(yùn)算邏輯使用，另1 臺(tái)做邏輯校驗(yàn)使用，2 臺(tái)軟件邏輯均運(yùn)算成功后才能執(zhí)行操作。配置智能開關(guān)柜及斷路器，保證各開關(guān)元器件能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)操，位置信號(hào)、輔助接點(diǎn)等必要數(shù)據(jù)送入一鍵順控去顯示和控制。

擴(kuò)展視頻聯(lián)動(dòng)功能與操作彈窗、熱成像測(cè)溫聯(lián)動(dòng)功能[4]。配置1 臺(tái)視頻主機(jī)，將捕捉到的圖形畫面進(jìn)行分析對(duì)比，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸入一鍵順控系統(tǒng)，并配合顯示開關(guān)柜內(nèi)及配電室內(nèi)視頻的信號(hào)。

擴(kuò)展電子五防鎖，配置的防誤主機(jī)也兼任電子五防鎖職責(zé)，實(shí)現(xiàn)打開每個(gè)開關(guān)柜的每一個(gè)間隔都需要事先錄入的程序鎖，保證操作安全性。

擴(kuò)展溫度濕度顯示，可引入溫度作輔助判據(jù)，保障操作的安全。

3 實(shí)際應(yīng)用

3.1 控制邏輯

一鍵順控狀態(tài)分為2 個(gè)判定邏輯，1 個(gè)是條件判定邏輯，另1個(gè)是狀態(tài)判定邏輯。當(dāng)收到觸發(fā)條件后，先判定狀態(tài)邏輯，狀態(tài)邏輯滿足后觸發(fā)條件邏輯判定，滿足條件后可進(jìn)行到下1個(gè)步驟，當(dāng)所有步驟完成后實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。條件邏輯可分為操作順序邏輯和五防聯(lián)鎖邏輯，操作順序邏輯、五防聯(lián)鎖邏輯與普通高壓柜相同，僅需將五防聯(lián)鎖點(diǎn)位讀取并增加到條件判據(jù)中去即可。當(dāng)條件不滿足時(shí)，將再次判定，如果超過預(yù)設(shè)判定時(shí)間則終止于此步并發(fā)出告警并生成事件記錄。

圖1 一鍵順控狀態(tài)判定邏輯Fig 1 One-click sequential control state decision logic

3.2 數(shù)據(jù)交互方式

數(shù)據(jù)采集，開關(guān)量、模擬量由現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置從智能開關(guān)柜內(nèi)的各采集裝置通過硬接點(diǎn)形式采集信號(hào)。保護(hù)裝置再通過RS485 通訊方式手拉手傳輸數(shù)據(jù)（相同廠家產(chǎn)品采用同一信道，考慮到響應(yīng)速度的原因，每個(gè)通道不超過10臺(tái)設(shè)備），基于MODBUS 通信規(guī)約與現(xiàn)場(chǎng)通訊管理機(jī)相連，再通過光纖收發(fā)器送入SCADA交換機(jī)并通過通訊管理機(jī)上傳后臺(tái)主機(jī)，完成開關(guān)柜與SCADA系統(tǒng)相連。而SCADA系統(tǒng)與一鍵順控系統(tǒng)相連則是通過一鍵順控主機(jī)從SCADA系統(tǒng)后臺(tái)主機(jī)上面讀取數(shù)據(jù)的形式，將后臺(tái)上的需要的數(shù)字量、模擬量進(jìn)行訪問讀取，并在順控主機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算，再將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能防誤主機(jī)上進(jìn)行邏輯驗(yàn)算。當(dāng)進(jìn)行到需要判斷指示燈或開關(guān)狀態(tài)時(shí)，由一鍵順控主機(jī)向視頻主機(jī)發(fā)出指令，通過視頻主機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)分析并轉(zhuǎn)換為可以識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)返送給一鍵順控主機(jī)完成交互。

系統(tǒng)多個(gè)控制站并未采用多臺(tái)不同的順控主機(jī)，而是通過其中1 個(gè)工程師站配置1 臺(tái)順控主機(jī)，而此站與保護(hù)廠家的主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保護(hù)主機(jī)通過光纖遠(yuǎn)程遙控其他站的方式[5-6]。若需采取本系統(tǒng)的模式，保護(hù)廠家與順控不是同1套系統(tǒng)，通訊管理機(jī)一定要帶轉(zhuǎn)發(fā)功能，且多臺(tái)保護(hù)主機(jī)最好放在同1個(gè)站，便于數(shù)據(jù)交互。

3.3 操作順序

指紋、密碼雙校驗(yàn)登錄→選擇控制站→選擇所需間隔→選擇當(dāng)前狀態(tài)→選擇目標(biāo)狀態(tài)→生成操作票→確認(rèn)操作票并發(fā)起操作指令→程序預(yù)演（智能防誤主機(jī)與順控主機(jī)邏輯校驗(yàn)交互）→確認(rèn)執(zhí)行→順序操作（單步操作目標(biāo)狀態(tài)和操作條件均顯示，如操作結(jié)束后引入電信號(hào)與視頻聯(lián)動(dòng)校驗(yàn)雙確認(rèn)，保證操作可靠性）→執(zhí)行成功→生成操作記錄

實(shí)測(cè)操作人員在熟練情況下整套流程2 min內(nèi)可完成，省去了去現(xiàn)場(chǎng)操作的時(shí)間，提高了操作質(zhì)量，且增加了多種電子記錄和多重安全確認(rèn)的保障。

一鍵順控操作界面見圖2。

圖2 一鍵順控操作界面Fig 2 One-click sequential control operation interface

原來的1 個(gè)6 kV 站每班需要配置3～5 人去完成6 kV倒閘操作。改造成一鍵順控系統(tǒng)后，2個(gè)站僅需配置3～4 人即可，而且做到真正意義的無人值守，遠(yuǎn)程操作，且新系統(tǒng)降低了操作強(qiáng)度。每人工資按照12萬元/年計(jì)算，2個(gè)站共節(jié)省5人，每班1年節(jié)省60萬元，一共4個(gè)班，一年節(jié)省人工成本240萬元。

4 結(jié) 語

通過對(duì)合成氨裝置中高壓供配電系統(tǒng)增設(shè)一鍵順控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整套高壓供配電間隔的順序操作控制，滿足了本裝置對(duì)高壓供配電系統(tǒng)日常的控制要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了操作人員遠(yuǎn)程一鍵控制的功能，提高了高壓供配電的可靠性和安全性，節(jié)省裝置的開停車時(shí)間，保障了倒閘操作的安全穩(wěn)定。系統(tǒng)還能為整個(gè)裝置零手動(dòng)提供了技術(shù)支持，可通過關(guān)聯(lián)遠(yuǎn)程指令，直接實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)開停和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，真正意義上實(shí)現(xiàn)無人操作，每年節(jié)省人工成本240萬元。