合成氨壓縮機組PLC系統(tǒng)技術改造總結

王玉江

（中海油化學股份有限公司，海南東方 572600）

合成氨

合成氨壓縮機組PLC系統(tǒng)技術改造總結

王玉江

（中海油化學股份有限公司，海南東方 572600）

合成氨壓縮機組聯(lián)鎖保護系統(tǒng)連續(xù)運行10a多后，系統(tǒng)硬件進入故障高發(fā)期，亟需改造。主要介紹改造過程中遇到的技術難題及處理情況。

PLC；改造；SIS

中海石油化學股份有限公司海南基地化肥一部合成氨壓縮機組聯(lián)鎖保護系統(tǒng)采用的是MODICON的984－685系列PLC控制系統(tǒng)。系統(tǒng)于1995年投入使用，至2013年已運行18 a。該系統(tǒng)由于十幾年的連續(xù)運行，出現(xiàn)了熱備卡S911故障，系統(tǒng)硬件老化已進入故障高發(fā)期，加上備件停產(chǎn)短缺，系統(tǒng)單系列CPU運行狀態(tài)，已經(jīng)嚴重影響到壓縮機組的穩(wěn)定運行。利用2013年底的大修時間對合成氨壓縮機組PLC控制系統(tǒng)進行了改造，成功將其改造為技術先進硬件完全冗余的TRICON安全儀表系統(tǒng)，改造后機組一次開車成功，為機組長周期安全穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎。由于時間緊迫，圖紙資料不全，在改造過程中遇到了很多難題，本文擬對克服的技術難題進行總結。

1 系統(tǒng)改造空間不足

原PLC系統(tǒng)包含天然氣壓縮機組（以下簡稱01機組）、空氣壓縮機組（以下簡稱02機組）和合成氣壓縮機組（以下簡稱07機組）三個機組的聯(lián)鎖保護功能。系統(tǒng)硬件分別布置在3個相鄰的機柜中，熱備冗余CPU安裝在02K001機柜中，每個機組的數(shù)字量輸入輸出信號構成系統(tǒng)的1個遠程I／O子站，通過分支電纜與系統(tǒng)連接，如圖1、圖2。因原PLC系統(tǒng)供電模塊及卡件為非冗余配置，DI點未進行隔離，DO點只部分進行隔離，各機組機柜中PLC系統(tǒng)硬件只占用很小空間，新系統(tǒng)供電及卡件皆為冗余配置，DI、DO點全部進行隔離，硬件增加1倍以上，原有空間無法容納。解決方法：在07K001機柜后面新增一個機柜放置主系統(tǒng)硬件，繼電器及端子板放置在原系統(tǒng)各機柜位置處，主系統(tǒng)與端子板通過ECLO電纜連接，如圖3。此方法優(yōu)點：1）原接線無需變動，避免了跨柜接線問題；2）原系統(tǒng)空間有效利用，新占用空間最少；3）不影響將來機組控制系統(tǒng)進行改造，給機組控制系統(tǒng)整合留有余地。

圖1 原PLC系統(tǒng)機柜配置圖

圖2 原PLC系統(tǒng)配置示意圖

圖3 新系統(tǒng)端子板布置圖

2 機組高位油槽聯(lián)鎖改造

07機組高壓缸密封油槽液位低聯(lián)鎖原設計為二選二聯(lián)鎖，一路信號LSLL07062A為浮子開關，另一路信號LSLL07062B由氣動變送器加壓力開關組合而成，如圖4。氣動變送器為高靜壓微差壓型號，此型號備件已停產(chǎn)多年，2009年由于氣動變送器故障，導致聯(lián)鎖降為單一聯(lián)鎖。此后想了很多辦法都未能將此聯(lián)鎖恢復二選二功能。因氣動儀表的可靠性較差，精度也低。隨著電動儀表的不斷發(fā)展，并有多種防爆措施，氣動儀表逐漸被電動儀表所淘汰。在本次改造中將氣動變送器改為電動變送器，系統(tǒng)硬件增加一塊AI卡將此問題解決。具體回路連接如圖5。

圖4 LSLL07062聯(lián)鎖回路

浮子開關信號經(jīng)過繼電器隔離后接到新系統(tǒng)DI卡端子板上，電動差壓變送器經(jīng)過安全柵和防浪涌柵后接新系統(tǒng)入AI卡端子板上，在下位程序中變送器信號經(jīng)過比較后輸出內(nèi)部開關量信號與浮子開關信號組成二選二邏輯，LSLL07062二選二聯(lián)鎖功能得以恢復。高位油槽液位低聯(lián)鎖LSLL07058、LSLL01064與LSLL07062聯(lián)鎖構成情況一樣，氣動變送器雖沒有故障，但存在很大的風險，在改造中一并更改，不再贅述。

圖5 LSLL07062聯(lián)鎖改造回路示意圖

3 機組油系統(tǒng)氣動儀表改造

01機組、07機組密封油采用氣動儀表控制。以01機組為例，密封油控制系統(tǒng)組成如下：采用氣動差壓變送器測量高位密封油槽液位，其輸出信號分兩路，一路通過氣電轉換器送壓控室盤柜顯示，另一路送氣動調(diào)節(jié)器作為測量值，氣動調(diào)節(jié)器比較測量與給定的偏差，送出控制信號給氣動閥門定位器來控制氣動薄膜調(diào)節(jié)閥如圖6。因氣動變送器及氣動調(diào)節(jié)器老化停產(chǎn)，機組運行存在較大風險。利用新系統(tǒng)功能取代氣動儀表控制：PID控制模塊替代氣動調(diào)節(jié)器，電動變送器替代氣動變送器，電氣閥門定位器取代氣動閥門定位器，如圖7。改造后重新整定控制器PID參數(shù)，調(diào)校閥門，開車后控制精準穩(wěn)定，調(diào)節(jié)品質(zhì)有所提升，消除了氣動儀表故障隱患，取消了氣動調(diào)節(jié)器，備件費用大幅降低。同樣方法，將07機組密封油控制系統(tǒng)改造，改造效果良好。

圖6 原01機組密封油控制回路

4 系統(tǒng)邏輯編程方式改變

在充分解讀原系統(tǒng)邏輯基礎上，將原系統(tǒng)梯形圖編程方式改為功能塊圖，通過聯(lián)鎖確認單反復調(diào)試驗證，確保了新系統(tǒng)邏輯與原設計一致。新系統(tǒng)邏輯圖增加位號及注釋，功能塊集成化，邏輯功能一目了然，便于理解查找，維護組態(tài)不易出錯，維護及故障查找效率大大提高。原系統(tǒng)邏輯如圖8，新系統(tǒng)邏輯如圖9。

圖7 技改后01機組密封油控制回路

圖8 原系統(tǒng)邏輯圖

圖9 新系統(tǒng)邏輯圖

5 盤柜儀表改造

合成01機組、07機組密封油槽液位通過氣電轉換器將氣動變送器輸出20－100 kPa氣信號轉換為4－20 m A電信號，再送給盤柜儀表顯示及報警。以01機組密封油液位LI01061為例，其回路連接如下：氣電轉換器LY01061將4－20 m A信號經(jīng)接線箱JB08送給配電器DS061，其輸出接到盤柜儀表LI061顯示及報警，如圖10。

盤柜儀表為指針刻度顯示儀表，顯示精度較低，并且需要220 V AC供電，項目改造后供電回路重新配置，現(xiàn)場系統(tǒng)模擬量顯示儀表供電全部為24VDC電源，新系統(tǒng)配置AI卡件，為便于監(jiān)控操作，存在將盤柜儀表接入系統(tǒng)需求。經(jīng)過測試盤柜儀表為電壓型儀表，可以直接串在回路中再接入系統(tǒng)顯示，將220 V AC電源取消后，LAH062、LAL063電子報警開關失效，其報警功能在系統(tǒng)下位中邏輯中實現(xiàn)，見圖11。改造后將220 V AC電源及配電器DS061全部取消，只保留盤柜顯示儀表LI061，同時系統(tǒng)畫面增加液位顯示百分數(shù)顯示，讀數(shù)更加直觀，便于監(jiān)控操作。

圖10 盤柜儀表接線圖

圖11 密封油液位高低報警邏輯圖

6 機組高位油槽儀表加裝頂棚

壓縮機組高位油槽儀表大多參與機組聯(lián)鎖，為A類關鍵儀表設備，由于設計缺陷，其頂部遮擋板一直未能安裝，長期暴露在露天之下。經(jīng)過10a多的使用，長時間風吹日曬雨淋，加速了儀表設備的老化。2011年連續(xù)出現(xiàn)過兩起儀表故障，都是由于長期高溫日曬引起，給裝置的長周期運行帶來了很大的隱患。因此，對高位槽儀表的防護是十分必要的。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，重新設計了儀表防護頂棚，見圖12。利用庫存的工字鋼及角鋼構成頂棚主體框架，頂部及側邊加裝彩鋼板封裝。高位油槽增加防護頂棚后，將儀表全部遮擋起來，有效防止了強日曬、雷擊、臺風等惡劣天氣對儀表的影響，對儀表設備起到了很好的保護，避免了聯(lián)鎖及控制儀表誤動作導致的跳車事故，有利于裝置長周期穩(wěn)定運行。

圖12 高位槽儀表頂棚設計圖

7 其他技改

1）易受雷擊影響的儀表回路增加浪涌保護柵及安全柵，保證儀表回路安全。

2）更換了故障的超速保護器，其供電方式由單一UPS供電改為兩路UPS加一路市電的三路供電，確保供電安全。

3）輸入輸出回路全部增加隔離元器件。輸入回路由無隔離變成全部隔離，輸出回路由部分隔離變?yōu)槿扛綦x。

4）增加操作站工程師站，高標準增加上位監(jiān)控畫面及SOE事件記錄功能。

5）增加上位畫面聯(lián)鎖切除功能，便于切投聯(lián)鎖操作。

6）增加軟報警燈屏，顯示所有聯(lián)鎖報警信息，便于工藝監(jiān)控及開停車操作。

7）歷史數(shù)據(jù)存儲及系統(tǒng)自診斷功能，方便保存和查閱各類數(shù)據(jù)和報表，便于生產(chǎn)管理及故障查找。

8 結束語

系統(tǒng)改造不僅消除了系統(tǒng)本身存在的各種問題，同時將現(xiàn)場儀表的存在多年的各種隱患故障消除，使得聯(lián)鎖投用率及完好率都達到100%，整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性都得到了大幅提升。改造至今，合成壓縮SIS系統(tǒng)運行正常，性能優(yōu)良，工藝操作便捷，取得了良好的預期效果。

Technical reform Summary of PLCsystem for ammonia compressor unit

Wang Yu-jiang
（CNOOC chemical Limited by Share Ltd，Hainan 572600，China）

the interlocking protection system of ammonia compressor unit is running for more than ten years，and the system has a high risk of failure．The technical difficulties encountered in the process of transformation and the processing conditions are mainly introduced．

PLC；transformation；SIS

TQ113．266．4

B

1003-6490（2015）05-0001-05

2015－10－08

王玉江（1983－），男，工程師，工程碩士，目前在中海石油化學股份有限公司海南基地化肥一部從事大機組儀表技術管理工作。