浙江能源伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司 張文華

利用CCS系統(tǒng)組態(tài)軟件提高機(jī)組操作安全的應(yīng)用

浙江能源伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司 張文華

伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司操作人員崗位編制精簡(jiǎn)且操作經(jīng)驗(yàn)不足，為了保障操作安全在關(guān)鍵設(shè)備壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施階段，就做了充分考慮。為解決操作安全問(wèn)題采用了CCS壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)控制方案和組態(tài)方案的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，用程序和畫(huà)面腳本編寫(xiě)，來(lái)防止錯(cuò)誤操作；通過(guò)操作面板的優(yōu)化，機(jī)組過(guò)程報(bào)警的管理等方面來(lái)提高機(jī)組操作的安全。

CCS；壓縮機(jī)控制；組態(tài)軟件；聯(lián)鎖；操作面板；操作安全

1　引言

CCS系統(tǒng)英文全稱(chēng)為Compressor Control System , 即壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。它是根據(jù)壓縮機(jī)組的控制特點(diǎn)，在壓縮機(jī)組一體化控制的基礎(chǔ)上，突出了壓縮機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的節(jié)能自動(dòng)控制的系統(tǒng)。這是大型機(jī)組控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

CCS系統(tǒng)卡件具有在線更換的功能，控制程序可以在線修改下裝，系統(tǒng)電源為冗余供電配置。系統(tǒng)硬件、軟件均通過(guò) TüV AK6 級(jí)安全認(rèn)證，是可靠的大型機(jī)組控制系統(tǒng)。CCS 主要控制包括機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)、機(jī)組的防喘振控制、汽輪機(jī)的調(diào)速控制、機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備的控制、程序控制和聯(lián)鎖控制、機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備中的儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的顯示控制等。可以通過(guò)CCS操作站對(duì)機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程啟/停和操作, 也可以通過(guò)CCS操作站對(duì)機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的報(bào)警和監(jiān)控, 還可與主控制系統(tǒng)（DCS控制系統(tǒng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

伊犁新天煤化工公司是一個(gè)新建的企業(yè)，裝置是長(zhǎng)周期不間斷運(yùn)行，裝置機(jī)組的安全、平穩(wěn)運(yùn)行是非常重要的，操作人員需要24小時(shí)連續(xù)操作，因此系統(tǒng)操作的安全可靠合理是保證裝置機(jī)組安全操作的條件。本文通過(guò)介紹康吉森CCS系統(tǒng)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)重要參數(shù)的控制、聯(lián)鎖保護(hù)、設(shè)備控制等，采用優(yōu)化操作面板、完善機(jī)組過(guò)程報(bào)警管理等功能提高了操作的安全性。

壓縮機(jī)是煤化工裝置的核心設(shè)備。目前各裝置機(jī)組的控制系統(tǒng)采用康吉森CCS系統(tǒng)，共計(jì)7套，以空分裝置的空壓機(jī)組系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明利用CCS即壓縮機(jī)控制技術(shù)對(duì)空壓機(jī)、增壓機(jī)和驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的控制策略提升，提高機(jī)組安全操作的實(shí)現(xiàn)。

2　控制方案是安全操作的保障

大型空分裝置的空壓機(jī)控制方案比較復(fù)雜?？諌簷C(jī)組CCS系統(tǒng)的主要控制如下：

輔助系統(tǒng)控制主要包括：潤(rùn)滑油系統(tǒng)的油壓控制、油溫控制、機(jī)泵控制。

汽輪機(jī)控制主要包括：開(kāi)車(chē)升速順序控制、速度控制、末級(jí)噴淋閥的控制、 末級(jí)保護(hù)停車(chē)、 盤(pán)車(chē)電機(jī)控制、密封蒸汽控制、凝結(jié)水液位控制。

壓縮機(jī)控制主要包括：空壓機(jī)入口導(dǎo)葉控制、防喘振控制、出口壓力控制、加載和/卸載等。在緊急情況下，人的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，如果控制方案的操作復(fù)雜容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。為此我們采取了以下措施：

2.1控制方案在操作畫(huà)面上表述

要求組態(tài)人員在組態(tài)控制方案時(shí)考慮操作員的需求，將復(fù)雜的控制方案簡(jiǎn)單明確地表述在操作畫(huà)面上，使操作人員能理解控制方案按照要求操作。

2.2投用自動(dòng)控制減少操作風(fēng)險(xiǎn)

控制回路如果能投用穩(wěn)定的自動(dòng)控制來(lái)輔助操作，系統(tǒng)穩(wěn)定需要的操作少，也就降低操作風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)這些控制回路的控制方案經(jīng)過(guò)了詳細(xì)論證和完善，比如速度控制依據(jù)壓縮機(jī)在開(kāi)車(chē)過(guò)程中負(fù)荷隨轉(zhuǎn)速升高而變化的特點(diǎn)，按照升速階段分段設(shè)置不同參數(shù)使自動(dòng)控制始終能投用。在機(jī)組試車(chē)期間，進(jìn)行了投用試驗(yàn)，通過(guò)制造干擾的方式調(diào)整控制參數(shù)使控制能適應(yīng)工藝參數(shù)波動(dòng)的情況，使自動(dòng)控制抗干擾能力提高，更穩(wěn)定。

2.3安全限制控制程序

在特殊工況下，工藝參數(shù)變化迅速，如果操作經(jīng)驗(yàn)不強(qiáng)的操作人員很難應(yīng)對(duì)，安全限制程序可以起到很好的輔助操作作用。

空壓機(jī)CCS系統(tǒng)，采用了出口壓力高限制控制，當(dāng)出口壓力高于限制值時(shí)，限制控制器會(huì)快速打開(kāi)卸壓放空閥使出口壓力回到正常范圍，在壓力低于限制值內(nèi)的波動(dòng)卸壓放空閥不會(huì)誤打開(kāi)。

防止超速控制，在壓縮機(jī)突然卸載時(shí)，壓縮機(jī)功率迅速減少，機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)快速升高，為了防止超速發(fā)生，程序設(shè)計(jì)了防止超速功能，當(dāng)速度測(cè)量值高于設(shè)定值50轉(zhuǎn)時(shí)，程序會(huì)快速關(guān)小調(diào)速閥，使速度降低，當(dāng)速度測(cè)量值不高于設(shè)定值50轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)為PID自動(dòng)控制。

2.4無(wú)擾動(dòng)切換

無(wú)擾動(dòng)切換對(duì)于自動(dòng)控制操作非常重要，對(duì)于復(fù)雜控制回路如壓縮機(jī)性能控制，在出現(xiàn)波動(dòng)大或異常時(shí)需要解除串及控制，這就要求組態(tài)方案是無(wú)擾動(dòng)控制，無(wú)論什么狀態(tài)下，輸出都不能出現(xiàn)波動(dòng)。

對(duì)于某些控制需要在開(kāi)車(chē)初期在CCS上操作，裝置運(yùn)行正常后需要在DCS上操作的回路，要考慮設(shè)定值和輸出值的相互跟蹤實(shí)現(xiàn)切換不出現(xiàn)擾動(dòng)。

2.5儀表故障處理

CCS系統(tǒng)對(duì)每個(gè)模擬量回路做了變送器故障報(bào)警，第一時(shí)間提示操作員。對(duì)于自動(dòng)控制回路，當(dāng)收到變送器故障信號(hào)時(shí)，解除自動(dòng)控制，同時(shí)保持輸出不變，發(fā)出報(bào)警提示。

3　優(yōu)化操作畫(huà)面

3.1操作畫(huà)面布局

公共顯示區(qū)和畫(huà)面切換區(qū)，公共顯示是所有畫(huà)面都顯示的部分，包括:

（1）最新報(bào)警顯示：此處顯示最新產(chǎn)生的報(bào)警/事件信息，顏色為紅色，報(bào)警確認(rèn)后該處報(bào)警信息也自動(dòng)消失。報(bào)警消音按鈕：當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)該按鈕上字體顏色變?yōu)榧t色，確認(rèn)后變?yōu)楹谏?，點(diǎn)擊該按鈕可跳轉(zhuǎn)到報(bào)警顯示窗口。

（2）通訊指示：通信正常時(shí)兩綠燈交替閃爍，故障時(shí)兩燈停止閃爍。

（3）歷史報(bào)警按鈕：點(diǎn)擊歷史報(bào)警按鈕，監(jiān)控畫(huà)面切換為報(bào)警/事件詳細(xì)列表。

（4）登錄窗口：點(diǎn)擊彈出登錄窗口，登錄后登陸框中顯示登錄級(jí)別。所有操作的按鈕或輸入分為不同的權(quán)限，按照登陸用戶的權(quán)限設(shè)定了不同的操作范圍，防止了錯(cuò)誤操作的可能。

（5）打印按鈕：點(diǎn)擊打印按鈕，打印機(jī)會(huì)將整個(gè)屏幕窗口拷貝打印到PDF文件或打印機(jī)上。

（6）畫(huà)面切換按鈕：點(diǎn)擊不同的按鈕顯示相應(yīng)的畫(huà)面。

（7）重要參數(shù)顯示：顯示整個(gè)機(jī)組中重要的參數(shù)，使操作人員始終能監(jiān)視這些參數(shù)，不會(huì)因?yàn)榍袚Q畫(huà)面而被覆蓋。

（8）監(jiān)控畫(huà)面：顯示畫(huà)面切換按鈕點(diǎn)擊后的相應(yīng)的畫(huà)面都在此處顯示。

（9）當(dāng)模擬量指示在不同狀態(tài)時(shí)顏色將發(fā)生不同變化。

3.2明確的操作顯示信息

詳細(xì)定義了參數(shù)顯示含義，如變量報(bào)警顏色，顯示數(shù)值位數(shù)，開(kāi)關(guān)閥的顏色等在組態(tài)前都做了詳細(xì)規(guī)定。全廠每臺(tái)機(jī)組控制操作畫(huà)面都是統(tǒng)一的，為操作人員和維護(hù)人員提供方便。

3.3操作限制保護(hù)

對(duì)于數(shù)值輸入的操作如給定值輸入，設(shè)置有數(shù)值范圍限制，當(dāng)超過(guò)限制范圍時(shí)，不能輸入彈出提示窗口，防止了錯(cuò)誤輸入造成的錯(cuò)誤發(fā)生。

所有的開(kāi)關(guān)按鈕操作都設(shè)有二次確認(rèn)窗口，并有簡(jiǎn)單的操作提示，防止操作失誤的發(fā)生。

3.4邏輯關(guān)系清晰的聯(lián)鎖停車(chē)畫(huà)面

空壓機(jī)組的停車(chē)聯(lián)鎖條件由汽機(jī)聯(lián)鎖、空壓機(jī)聯(lián)鎖和增壓機(jī)聯(lián)鎖三部分組成。所有停車(chē)聯(lián)鎖又分為延時(shí)跳車(chē)和非延時(shí)跳車(chē)兩種，前一種跳車(chē)延時(shí)一秒鐘用來(lái)壓縮機(jī)卸載，后一種直接跳車(chē)。為了保證機(jī)組在故障時(shí)能立即停機(jī)保護(hù)壓縮機(jī)，同時(shí)要考慮誤停車(chē)造成裝置停工的重大損失。CCS聯(lián)鎖操作畫(huà)面上，操作人員看到的是動(dòng)態(tài)的邏輯關(guān)系，清晰明了。邏輯圖線條動(dòng)態(tài)變色，正常為綠色，當(dāng)邏輯的條件達(dá)到報(bào)警值時(shí)，顯示黃色，用以提醒操作人員。當(dāng)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，顯示紅色。將下層的邏輯圖繪制到流程圖上，每個(gè)顯示點(diǎn)都來(lái)自下位程序，這樣每一次動(dòng)作在聯(lián)鎖圖上顯示的就是實(shí)際的情況，不會(huì)引起上層和下層不一致的情況，從而提高了操作的安全可靠性。聯(lián)鎖條件的投用和切除及手動(dòng)停機(jī)等的操作按鈕為了安全起見(jiàn)，操作時(shí)彈出對(duì)話框，經(jīng)過(guò)二次確認(rèn)后再將結(jié)果送出。這樣，聯(lián)鎖邏輯圖比較清晰，操作人員不會(huì)誤操作，提高了操作人員的操作可靠性。

第一事故記錄，當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生后，在邏輯圖上顯示第一個(gè)觸發(fā)聯(lián)鎖的條件，方便操作人員快速找到事故原因，處理好后，快速恢復(fù)生產(chǎn)。

3.5控制操作畫(huà)面

控制操作畫(huà)面充分考慮了操作時(shí)要參考的信息，提高了操作的可靠性。如：機(jī)組啟動(dòng)和速度控制畫(huà)面，將啟動(dòng)順序邏輯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線相關(guān)工藝參數(shù)顯示在一起，通過(guò)控制操作輸入和操作按鈕結(jié)合和調(diào)整工藝控制，操作信息明了，方便操作決策。

其他控制操作，最大可能的將操作決策信息放在控制操作畫(huà)面上，為操作人員正確決策和快速準(zhǔn)確處理提供基礎(chǔ)條件。

4　完善報(bào)警管理

CCS系統(tǒng)的報(bào)警分為過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警。

系統(tǒng)報(bào)警是系統(tǒng)卡件和回路的硬件狀態(tài)報(bào)警，CCS系統(tǒng)的硬件由于是三重冗余的，一般都會(huì)在故障前會(huì)有明確的報(bào)警提示，留給用戶在線更換卡件或通過(guò)強(qiáng)制故障回路點(diǎn)后處理回路故障的時(shí)間。早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障是避免事故的關(guān)鍵。系統(tǒng)硬件狀態(tài)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)編寫(xiě)硬件報(bào)警邏輯，直接顯示在報(bào)警畫(huà)面上，編制通訊狀態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊報(bào)警。電源狀態(tài)和機(jī)柜風(fēng)扇狀態(tài)都在系統(tǒng)報(bào)警中顯示，提高了硬件的可靠使用。

過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警是工藝參數(shù)出現(xiàn)了超出設(shè)計(jì)的正常條件，如測(cè)量值達(dá)到報(bào)警限定值，測(cè)量回路出現(xiàn)開(kāi)路等，用于提醒操作人員，調(diào)整操作恢復(fù)到正常值。目前裝置都實(shí)行通崗操作，一個(gè)操作員同時(shí)監(jiān)控幾個(gè)崗位，在出現(xiàn)工藝波動(dòng)混亂的情況下，報(bào)警過(guò)多，會(huì)造成操作人員來(lái)不及查看，不能分清重要的和一般的報(bào)警，耽誤寶貴的處理時(shí)機(jī)。在CCS系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，對(duì)機(jī)組報(bào)警進(jìn)行分類(lèi)，將相互有關(guān)聯(lián)的參數(shù)為一組，按照參數(shù)重要性分等級(jí)，根據(jù)組態(tài)取出各個(gè)功能塊的報(bào)警標(biāo)志。使用畫(huà)面腳本VB進(jìn)行編程，一旦檢測(cè)到有報(bào)警信息，按照不同的級(jí)別和區(qū)域彈出報(bào)警窗口和操作提示，為操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警和處理報(bào)警提供最好的輔助。

這樣進(jìn)行組態(tài)，可以對(duì)報(bào)警進(jìn)行有效的管理，操作人員迅速地找到報(bào)警點(diǎn)，有效地進(jìn)行處理，大大提高了操作的安全可靠性。

5　完整的制操作記錄

通過(guò)下位程序和上位畫(huà)面的腳本編程，對(duì)每個(gè)操作站的每次控制操作都做了操作記錄。操作人員為此上崗時(shí)要登陸自己的操作密碼，以后的所有控制操作的內(nèi)容和時(shí)間都詳細(xì)記錄。通過(guò)操作記錄可以分析操作人員操作的合理性，為找到最佳操作方法提供了條件。

6　結(jié)語(yǔ)

煤化工工廠每次大的工藝波動(dòng)或意外停車(chē)事故，都會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，操作人員沒(méi)有正確反應(yīng)或錯(cuò)誤的操作是引起安全事故的重要原因。通過(guò)利用CCS系統(tǒng)的組態(tài)功能及上位畫(huà)面腳本編程有效地結(jié)合，精心進(jìn)行組態(tài)，用程序自動(dòng)防止操作失誤。操作面板的優(yōu)化及報(bào)警分類(lèi)管理的實(shí)現(xiàn)，大大提高了操作質(zhì)量，避免誤操作的可能性，從而達(dá)到保障安全生產(chǎn)及保障經(jīng)濟(jì)效益的目的。

張文華（1967-），男，儀控高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于浙江能源伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，任儀控部副經(jīng)理，主要研究方向?yàn)殡姀S與煤化工自動(dòng)控制及控制系統(tǒng)優(yōu)化。