鄭權(quán)

[摘? ? 要]介紹了TRICON TS3000 系統(tǒng)的三重件冗余容錯（TMR）結(jié)構(gòu)在合成氨裝置氨冰機控制系統(tǒng)上的應(yīng)用，通過 TS3000 系統(tǒng)實現(xiàn)機組速度控制、開停車順序控制、防喘控制以及聯(lián)鎖停機保護功能，確保機組的安全穩(wěn)定運行。

[關(guān)鍵詞]TS3000系統(tǒng);氨冰機;調(diào)速;順序控制;防喘;聯(lián)鎖

[中圖分類號]TM76 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]This paper introduces the application of triple parts redundant fault-tolerant （TMR） structure of TRICON TS3000 system in ammonia ice machine control system of ammonia plant. Through TS3000 system， the speed control， opening and stopping sequence control， anti-surge control and interlocking stop protection function of the unit are realized to ensure the safe and stable operation of the unit.

[Keywords]TS3000 system; ammonia ice machine; speed regulation; sequence control; anti-asthmatic; interlocking

巴陵石化合成氨裝置氨冰機J2501是合成氨裝置的重要設(shè)備，由中壓蒸汽透平驅(qū)動，汽輪機帶動壓縮機組，處理由低溫甲醇洗裝置四臺氨冷器換熱來的氣氨，為低溫甲醇洗裝置循環(huán)提供冷量，滿足低溫甲醇洗裝置的低溫生產(chǎn)需求。氨冰機選用TRICON TS3000控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機組的速度控制、開停車順序控制、防喘控制以及聯(lián)鎖停機保護功能。

1 TRICON TS3000控制系統(tǒng)簡介

TRICON TS3000控制系統(tǒng)核心基于三重件冗余容錯（TMR）結(jié)構(gòu)的容錯控制器，機架為擴展式結(jié)構(gòu)，機架之間采用三重冗余的I/O BUS相連。從輸入模件到MP到輸出模件的完全的三重化，每一個IO信號都擁有相互獨立的三個Leg，每一個Leg自主地讀取輸入信號并將讀到狀態(tài)送給相應(yīng)的MP，三個主處理器之間通過TriBus進行通訊，每一個掃描周期每個MP都會通過TriBus與其他兩個MP進行通訊和同步，TriBus 把DI的表決結(jié)果和AI的計算結(jié)果送給每一個MP，每個MP獨立地進行Program的運算并將結(jié)果送到送出模件。控制系統(tǒng)可以識別控制元件的故障，自動把故障的元件加以排除，滿足高可靠性、高可用性的容錯控制能力。

2 氨冰機轉(zhuǎn)速測量控制

2.1 氨冰機轉(zhuǎn)速測量與選擇

轉(zhuǎn)速測量由轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)速測量儀表組成，磁感應(yīng)式探頭在機組轉(zhuǎn)動時會在探頭線路上產(chǎn)生一個頻率信號，頻率與機組轉(zhuǎn)速對應(yīng)。氨冰機轉(zhuǎn)速測量采用AIRPAX轉(zhuǎn)速探頭測量，安裝有7支探頭。1支進現(xiàn)場轉(zhuǎn)速表，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速現(xiàn)場顯示;3支進超速保護器，三取二硬超速保護，輸出一路DO信號串入現(xiàn)場跳車電磁閥供電回路，一旦超速，DO接點信號斷開，電磁閥失電，氨冰機跳車;3支進TS3000系統(tǒng)SPD_SELECT03模塊，通過速度選擇模塊選擇判斷，當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器三路正常時選中值，兩路正常時選高值，一路正常時選當(dāng)前值。機組正常運行中三路轉(zhuǎn)速探頭三取二高于超速保護值或者三路轉(zhuǎn)速探頭全部故障的狀態(tài)下，系統(tǒng)邏輯將輸出調(diào)速系統(tǒng)故障信號，氨冰機停機。

2.2 氨冰機轉(zhuǎn)速控制

轉(zhuǎn)速選擇模塊輸出的轉(zhuǎn)速測量值，經(jīng)過TS3000系統(tǒng)邏輯運算，輸出4～20 mA電流信號，經(jīng)電流信號轉(zhuǎn)換器放大至20～160 mA，控制現(xiàn)場油動機行程，使主汽門開度達到設(shè)定值，以達到控制汽輪機轉(zhuǎn)速的目的。

氨冰機轉(zhuǎn)速控制基于TS3000系統(tǒng)SC_VPID模塊完成，根據(jù)轉(zhuǎn)速測量值，通過調(diào)節(jié)參數(shù)來實現(xiàn)輸出與轉(zhuǎn)速設(shè)定值相匹配。該控制模塊為正作用，比例、積分、微分項可以被禁止或允許。如果有任何一個常量是0.0，控制作用失效。機組通過臨界區(qū)時，控制模塊會強制自動操作。

氨冰機的升速通過SC_SRAMP3模塊生成速度設(shè)定值，此模塊帶爬坡速度設(shè)定點功能、手動升高/降低功能和跟蹤功能，其中目標(biāo)設(shè)定點設(shè)有上下限值。

3 氨冰機啟動順序模式控制

TS3000系統(tǒng)針對氨冰機在啟機過程中所處的不同狀態(tài)來實現(xiàn)機組的速度控制，氨冰機啟動順序有如下幾種種運行模式，表示各種運行狀態(tài)。

3.1 模式0：聯(lián)鎖停機模式

氨冰機機組處于聯(lián)鎖停車狀態(tài)。此時聯(lián)鎖條件只要有一項不滿足聯(lián)鎖就無法解鎖（除非將氨冰機聯(lián)鎖投用/切除開關(guān)的位置打到切除）。當(dāng)停車聯(lián)鎖條件都恢復(fù)正常后，按下氨冰機超速保護復(fù)位按鈕，超速保護復(fù)位成功;按下機組復(fù)位按鈕，使停機聯(lián)鎖解鎖;跳車電磁閥線圈帶電。聯(lián)鎖解鎖且啟動條件滿足，或選擇啟動條件旁路開關(guān)即啟動條件切除時，按下畫面或輔助操作臺上的“啟動確認按鈕”，此時允許啟動燈變綠表示啟動條件正常，進入下一個模式。

3.2 模式1：允許啟動模式

啟動條件正常后進入模式1允許啟動狀態(tài)，氨冰機組啟動前需要對調(diào)速系統(tǒng)做靜態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試只有在模式小于3且機組聯(lián)鎖復(fù)位狀態(tài)下才可以進行。調(diào)試合格后確認現(xiàn)場主汽閥處在正常位置，作好啟動準(zhǔn)備，當(dāng)?shù)玫街噶詈?，按下“啟動機組”按鈕，進入下一模式。

3.3 模式2：機組啟動模式

當(dāng)進入機組啟動模式后，操作人員在氨冰機速度控制調(diào)節(jié)器上給定閥位輸出值，將現(xiàn)場調(diào)速閥開至相應(yīng)的開度，然后緩慢打開主汽門，按機組啟動要求暖機、沖轉(zhuǎn)、升速，升速過程要快速越過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)。速度一旦超過設(shè)定轉(zhuǎn)速值，將結(jié)束啟動過程，進入下一模式。

3.4 模式3：接管運行模式

一旦機組速度超過設(shè)定轉(zhuǎn)速值，系統(tǒng)自動進入接管運行模式。此時“氨冰機速度控制調(diào)節(jié)器”操作狀態(tài)強制由手動改為自動。轉(zhuǎn)速實際給定值按照升速速率趨進目標(biāo)給定值，調(diào)速汽門的輸出依據(jù)轉(zhuǎn)速測量值與實際給定值的偏差緩慢跟蹤變化，20s后轉(zhuǎn)為正常調(diào)節(jié)。這時改變比例度和積分時間可以控制轉(zhuǎn)速的波動。待調(diào)速汽門輸出變化平穩(wěn)后，現(xiàn)場繼續(xù)緩慢開啟主汽門，注意開啟速度的平穩(wěn)度，當(dāng)主汽門全開后接管完成，氨冰機進入正常運行范圍。

3.5 模式4：正常停機模式

正常停機模式，系統(tǒng)自動設(shè)定停機目標(biāo)值，以固定速率降速，直至主汽門全關(guān)，系統(tǒng)停機。

3.6 模式5：超速試驗?zāi)Ｊ?/p>

超速試驗分電子超速試驗和機械超速試驗。在電子超速試驗狀態(tài)下，不能做機械超速試驗，因為電子超速試驗的量程范圍被限制。當(dāng)進入超速試驗?zāi)Ｊ?，氨冰機的轉(zhuǎn)速設(shè)定值將超過超速保護跳車值 ， 一旦實際轉(zhuǎn)速值超過跳車值，氨冰機便會聯(lián)鎖停車，可以通過上位畫面按鈕取消超速試驗?zāi)Ｊ健?/p>

產(chǎn)生任何聯(lián)鎖停車信號將使系統(tǒng)回到模式 0。系統(tǒng)中設(shè)置了氨冰機組停機冷卻保護時間，只有當(dāng)停機冷卻時間計時器達到設(shè)定值才能重新啟動。

4 氨冰機防喘控制

正常運行階段，TS3000系統(tǒng)根據(jù)氨冰機入口流量、入口壓力、出口壓力以及相應(yīng)入口溫度，利用TRICONEX獨特的防喘振技術(shù)來給出壓縮機喘振線、實際工作點的喘振工況圖，以此判斷是否發(fā)生喘振并使工作點工作在最小喘振開度，由防喘振控制器控制防喘閥。防喘振調(diào)節(jié)控制示意圖如圖1所示。

氨冰機的工作點由各段出口壓力與入口壓力之比及入口流量儀表測出的入口流量計算得出。

喘振控制器提供適應(yīng)性增益和非對稱響應(yīng)。當(dāng)工作點在喘振控制線右方時，會減少比例動作，當(dāng)工作點在喘振控制線右方的操作裕度超過設(shè)定距離，則調(diào)用適應(yīng)性增益特性。根據(jù)比例或積分，使防喘閥快速響應(yīng)，快速打開。當(dāng)工作點回到控制線的右方，防喘閥以設(shè)定速率慢關(guān)，調(diào)整到新的工作條件下?？刂破饔腥N控制模式：手動、自動和半自動。手動模式下，防喘閥不受喘振控制器作用，全手動控制;自動模式下，防喘閥受喘振控制器作用;半自動模式，在這種模式下，手動輸出值和控制器自動運算值經(jīng)過高選后，輸出到防喘閥。

如果系統(tǒng)檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已發(fā)生，喘振控制線將按組態(tài)參數(shù)的大小自動向右調(diào)節(jié)一定的裕度，從而加大安全余量。安全裕度會等百分比增加，喘振發(fā)生時會產(chǎn)生喘振計數(shù)，每次喘振發(fā)生會自動累加裕度量，可以通過喘振計數(shù)清零使控制器回到最初預(yù)設(shè)的初始安全裕度。

一般情況下，氨冰機不會在喘振線上持續(xù)運行或過長時間運行。當(dāng)工作點在控制線右方，喘振控制器的設(shè)定點將在當(dāng)前工作點（Hx）的左側(cè)，并與工作點始終保持在5%的設(shè)定值。如果設(shè)定值與喘振控制線重合時，喘振控制器的設(shè)定值將不再向左移，這時如果工作點還向左移，系統(tǒng)將逐漸打開防喘閥以防機組喘振。當(dāng)工作點向喘振區(qū)移動的速度大于且越過設(shè)定點時，喘振控制器將執(zhí)行以下動作：設(shè)定點將按相同的速率快速減小，直至防喘閥打開。

5 氨冰機保護聯(lián)鎖停機

聯(lián)鎖緊急停機是保證氨冰機組安全而采取的最后一道安全保護措施，TS3000系統(tǒng)組態(tài)聯(lián)鎖信號為故障安全型，即在各項參數(shù)指標(biāo)正常時狀態(tài)信號為“1”，跳車狀態(tài)下信號為“0”。聯(lián)鎖條件在邏輯圖中為邏輯“與”關(guān)系，并且每一個聯(lián)鎖停車條件在上位畫面上均設(shè)有一個軟旁路開關(guān)，當(dāng)旁路開關(guān)處于切除狀態(tài)，即開關(guān)位置為“1”，可以屏蔽掉相應(yīng)的聯(lián)鎖停機條件，便于調(diào)試和檢修。

氨冰機組聯(lián)鎖停機條件如下。

①氨冰機組潤滑油壓力三取二低低;②氨冰機組控制油壓力三取二低低;③氨冰機組軸位移二取二高高;④氨冰機組軸振動二取一高高;⑤氨冰機組入口分離器液位三取二高高;⑥氨冰機組轉(zhuǎn)速三取二高高以及測速探頭選擇模塊輸出探頭狀態(tài)故障信號;⑦氨冰機組軸瓦溫度二取二高高;⑧氨冰機組干氣密封各端泄漏量高高;⑨氨冰機表面冷凝器壓力三取二高高;⑩氨冰機組控制室緊急停車按鈕發(fā)出停車信號; 氨冰機組現(xiàn)場操作柱緊急停車按鈕發(fā)出停車信號。

以上任意一個條件滿足，均會觸發(fā)聯(lián)鎖，現(xiàn)場跳車電磁閥失電，控制油卸壓，調(diào)速汽門全關(guān)，氨冰機停機。

6 結(jié)束語

TS3000系統(tǒng)硬件基于三重冗余容錯結(jié)構(gòu)的容錯控制器，并可通過Enhanced Diagnostic Monitor 軟件在線監(jiān)控診斷系統(tǒng)硬件運行狀態(tài)。軟件基于 Windows 10操作環(huán)境，使用Tristation1131編程軟件 ，將機組的狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控、速度控制、開停車順序控制、防喘控制以及聯(lián)鎖停機保護功能在內(nèi)的各項功能集成于一個系統(tǒng)平臺上完成 ，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的高度集成性、可靠性及完整性。同時，通過SOE軟件可記錄故障發(fā)生的時間和事件的類型，通過DDE通訊軟件配合Intouch上位監(jiān)控軟件，可以為技術(shù)管理及操作人員提供良好的人機界面，實現(xiàn)過程監(jiān)視控制、過程報警及歷史數(shù)據(jù)采集等功能。

參考文獻

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