横河CS1000系统在主风机自保逻辑上的应用

     0.引言

　　山东石大科技集团有限公司与中国石油大学化学化工学院合作，成功完成了中油股份公司“九五科技重点攻关项目”——“两段提升管催化裂化”新工艺技术的工业放大试验。该项工艺技术可使装置处理能力显著提高，液体产品收率提高2至3个百分点，催化柴油密度下降，十六烷值提高。这是继分子筛催化剂和提升管催化裂化工艺技术出现以来的又催化裂化技术的重大创新。在该项目（20万吨/年催化裂化）中采用了性价比较高的横河CENTUM CS1000 DCS系统，而其主风机也采用了CS1000的逻辑控制功能。

　　1.横河CENTUM CS1000系统概述

　　该DCS系统采用了基于Windows NT Professional的工程师站—操作站对等系统结构。系统采用高可靠性的总线型实时过程控制网络V-NET，通过冗余的通讯介质来保证实时过程控制数据的交换。CS1000系统提供了面向对象的图形化工具以及完整的过程控制功能库（Function Block），集成了广泛应用于工业控制现场的过程调节控制，极大地提高了工程开发的速度和质量。

　　2.系统配置：

　　2.1系统硬件配置

　　2.1.1操作站（HIS Human Interface Station）

　　操作站采用了4台普通PC机作为操作站，其中一台兼为工程师站。PC机品牌是DELL的OptiPlex GX110工业用机，CPU为866MHz，RAM为512MB，20GB硬盘是SMARTⅡUltra ATA/66，1.44MB软驱，CD-ROM为52X，20"的CRT，VF701卡（V-NET专用通讯卡）。

　　2.1.2控制站（FCS Field Control Stations）

　　本装置的测控点较多，共采用了8台控制站，均为横河PFCD-S5520冗余现场控制单元，采用了双CPU、双电源、双通讯单元的自身冗余结构，它们之间可以实现无扰动切换，以提高系统的稳定性能。每个控制站带有5个I/O卡件箱，分别插入不同的I/O卡件。

　　2.1.3 I/O卡件

　　本系统包括的卡件有AAM11（电流/电压输入，单点卡），AAM51（电流/电压输出，单点卡），ADM12T（接点输入，16点卡），ADM52T（接点输出，16点卡）等卡件。所有I/O模件均为带8MHz高速微处理器（μP）及A/D、D/A转换器的智能化卡件。

　　2.2系统软件配置

　　CS1000系统的操作站，操作系统采用Windows NT，报表处理采用Microsoft Excel 2000，电子文档阅读是Adobe Acrobat Reader 5.0，CS1000操作系统，提供完整的、满足要求的程序软件包，包括实时操作系统、应用程序等。

　　3.主风机报警联锁系统逻辑设计

　　3.1两段提升管催化裂化装置主风机简介：

　　该主风机是由沈阳鼓风机厂生产的D120-110离心鼓风机，其介质是空气，进口流量为120立方米/分钟，进口压力为0.35MPa，进口温度为191℃，出口压力为0.45MPa，所需功率290kw，主轴转数8088r/min。

　　3.2主风机开机条件：

　　在主风机开机前以下五项必须满足要求才能开机：主风机入口蝶阀FV116B开度小于20%;防喘振调节阀FV1501A开度大于95%;润滑油压力PI150正常，大于0.245MPa;润滑油温度TI151正常，小于35℃;主风机允许启动开关ZFJRUN处于ON的状态。

　　3.3主风机停机条件

　　3.2.1温度停机条件：当一些关键部位温度过高时控制站会发出停机信号。

　　3.3.2压力停机条件：压力停机采用的是三选二的方式，即三个润滑油压力PA1501A，PA1501B，PA1501C中如果有两个压力低于低低限（0.01MPa）则发出停机信号。

　　3.3.3轴振动停机条件：压缩机低压侧轴振动XAHH1501或压缩机高压侧轴振动XAHH1502信号超过高高限112μn时发出停机信号。

　　3.3.4轴位移停机条件：压缩机轴向位移ZAHH1501信号超过高高限0.7mm时发出停机信号。

　　4. CS1000系统组态在主风机报警联锁系统的应用

　　4.1与本组态相关的功能块简介：

　　4.1.1顺序表块（ST16）：ST16块具有控制顺控功能，输入输出合计64点（固定），能操作32个规则。而且针对64点的输入信号和输出信号的分配，可以用8信号单位替换，该程序中使用的就是ST16功能块。

　　4.1.2顺序逻辑图（LC64）：LC64块是把输入信号和输出信号的关系用逻辑运算元件来记述的联锁块对话框形式的功能块，以联锁顺控的控制为主要目的，可以使逻辑图的表现按照原样充分施展，它由条件信号、操作信号和逻辑图部构成。该程序中使用的逻辑图块LC64多可以有32个条件信号，32个操作信号和64个逻辑元素。

　　4.1.3关系式块（RL）：RL块在顺序逻辑图的条件判定处理或者运算块的条件判定处理中启动。根据RL块中的关系式，判定两个数据间的大小关系及逻辑积，把与其条件是否一致的结果返还到换出侧的功能块。

　　4.2主风机联锁自保逻辑

　　4.2.1主风机联锁自保顺序控制图（ST16）

图1 ST0801组态示意图

　　图1中条件信号和条件规则都是空白，表示在每个扫描周期中都会无条件执行操作信号的操作规则，既无论什么情况，每个扫描周期结束后都将[ZFJ]、[RL0801]以及[ZFJYS]的状态设定为自动。（扫描周期设定为1秒）

　　4.2.2主风机联锁自保条件功能图（RL）

图2 RL0801组态示意图

　　图2中所有工位都是模拟量信号输入，其中FC116.PV和FV1501A.PV都是阀位反馈的测量值，这里采用其测量值（PV）与条件值做出对比，当其大于或小于条件值时，RL0801将给图3的LC64块提供一个条件信号。例如当FC116.PV>20时，图3中的RL0801.X01.LT（小于条件）就不起作用，由于后面的逻辑元素都是与门，所以就不能输出允许开机信号。相反当FC116.PV<20时，图3中的RL0801.X01.LT条件就能满足。

　　4.2.3主风机联锁自保顺序逻辑图（LC64）

　　图3所示是这部分组态的主逻辑图（LC64），它描述了每个条件和每个动作之间的逻辑关系。左边一列是输入信号，即逻辑关系的条件，右边一列是输出信号，是由条件的状态通过逻辑元素的处理而产生的动作。图中前面五个条件作为个逻辑元素——与门的输入信号，如果没有停机信号发生（由图中的非门判定），则通过第二个与门输出开机信号。这里的RL0801.X01.LT表示的是当测量值比RL0801中的项（X01，即入口蝶阀阀位 ：与门FV116.PV）的条件值（20）小时，条件满足。相类似的RL0801.X02.GT中的GT表示大于;PI150.ALRM.NR表示润滑油压力PI150的报警（在调整画面中设定的低低限报警）处于正常状态;ZFJRUN.PV.ON表示主风机允许启动开关ZFJRUN处于ON的状态; 主风机备用油泵启动PA1501A.PV.2表示压力开关PA1501A接通，压力低低限报警。这里面特别设计的“ZFJWD”、“ZFJYL”、“ZFJZD”、“ZFJWY”分别表示温度、压力、轴振动和轴位移的切除按钮，可以随时屏蔽掉相关条件。

图3 ZFJ（LC64）组态示意图

　　需要说明的是入口蝶阀FV116控制主风机进风量的大小，在开机时开度不宜超过20%，在我们公司一般控制开度在13%左右即可，防喘振调节阀FV1501实际上起的是放空的作用，由于开机时主风不能立即并入催化两器，所以FV1501A开度要大于95%，主风全部放空。开机条件全部满足时，控制站会发出一个脉冲信号给开关量输出功能块RO1501，使其模式变成自动（RO1501.MODE.AUT），输出值变为2（即接通，图中为RO1501.CSV.2），这样主风机就可以启动了。

　　在主风机运行过程中，如果出现关键部位温度过高、润滑油压力过低、轴振动过大或者轴位移过大的情况，在经过一系列的或门之后控制站将输出联锁停机信号。该信号将使主风机和它的两个附属设备——增压机连锁停机，具体方式与开机时类似，只是输出值变为0。

　　5.应用情况：

　　主风机的自保逻辑在几次非正常停工事件中表现稳定，起到了重要的作用，在保护了主风机自身的同时也为装置的安全生产奠定了基础，真正使装置达到“安、稳、长、满、优”的运行状态。2003年两段提升管催化裂化项目被科技部列为“火炬计划”。在2004年第六届上海国际工业博览会上“两段提升管催化裂化工艺及设备”获得了银奖，这是全国高校参展历届工博会以来获得的奖项。

　　6.本文作者创新点：

　　6.1本文所阐述的主风机自保逻辑程序是首次应用于两段提升管催化裂化工艺设备上的，也体现了CS1000系统逻辑程序的特点。

　　6.2在实际应用过程中，由于部分测量点偶尔会接触不良，从而导致温度信号失灵，这些测量点都深入到轴承或电机内部，不到停工检修无法修理。为了避免出现误操作，我在该程序中设计了复位/切除按钮（如图3中的“ZFJWD.PV.ON”按钮），在出现类似情况时，可以手动甩开这部分逻辑程序。

　　6.3在工艺上由于主油泵压力有时会出现一定的波动，所以其压力低低限的设定尤为重要，如果设高了会发生主油泵和备用油泵同时启动，导致压力超高，如果设低了会对主风机产生损害。在调试过程中我们经过多次实验终确定压力低低限设在0.18MPa为合理。