WOODWARD505 調(diào)速系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的Modbus 通信

謝文奮 殷 慧 王志芳 馮衛(wèi)東 張利軍 何光樂

（中國石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化公司信息網(wǎng)絡(luò)公司）

大型機(jī)組是石油煉化裝置的核心設(shè)備之一。某煉油廠現(xiàn)有6 套關(guān)鍵機(jī)組，采用杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的透平機(jī)， 汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用WOODWARD505， 與裝置CENTUM VP、SIS、 本特利3500 系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制和聯(lián)鎖保護(hù)功能。 由于安裝條件所限， 其中的4 套WOODWARD505 調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)離中控室， 安裝于儀表機(jī)柜間或外操室，平時(shí)無人監(jiān)視，出現(xiàn)故障時(shí)操作人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而且無法判斷故障原因，運(yùn)行過程中幾次出現(xiàn)報(bào)警提示未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成非計(jì)劃停機(jī)的情況，給關(guān)鍵機(jī)組的正常運(yùn)行帶來隱患。 WOODWARD505 控制器內(nèi)部組態(tài)參數(shù)不清楚，邏輯關(guān)系不確定。 通信數(shù)據(jù)對應(yīng)的地址碼不確定。 控制系統(tǒng)的回路接線不清楚，回路中構(gòu)成環(huán)節(jié)不明確。通過硬點(diǎn)連接至DCS 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號， 在WOODWARD505 的轉(zhuǎn)速控制遠(yuǎn)程投入到CENTUM VP 系統(tǒng)控制時(shí)，各裝置投入遠(yuǎn)程控制的方法不一致，投入遠(yuǎn)程控制過于復(fù)雜，投入遠(yuǎn)程控制出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致壓縮機(jī)非計(jì)劃停車。 WOODWARD505 控制器自安裝使用后未進(jìn)行升級，軟件組態(tài)參數(shù)也未備份。 WOODWARD505 調(diào)速系統(tǒng)過程控制數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)監(jiān)控，機(jī)組非計(jì)劃停車后，無歷史數(shù)據(jù)記錄，給故障原因分析帶來困難。 為此， 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)WOODWARD505 調(diào)速系統(tǒng)與CENTUM VP 系統(tǒng)的通信具有重要意義。

1 WOODWARD505 調(diào)速系統(tǒng)簡介

WOODWARD505 調(diào)速器是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，專用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制。 汽輪機(jī)輸入的兩個(gè)轉(zhuǎn)速信號進(jìn)入調(diào)節(jié)器經(jīng)高選后，與調(diào)節(jié)器內(nèi)部轉(zhuǎn)速設(shè)定值比較，由PID 功能塊運(yùn)算后輸出4～20mA 電流信號，經(jīng)現(xiàn)場電液控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)潤滑油系統(tǒng)的二次油壓和汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開度即進(jìn)汽量，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。 WOODWARD505 調(diào)速器的主要作用是啟停壓縮機(jī)并在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，具有壓縮機(jī)串級控制、輔助控制、超速試驗(yàn)、臨界轉(zhuǎn)速回避、閥位限制、頻率控制及靜態(tài)調(diào)試等功能。

某煉油廠WOODWARD505 調(diào)速器現(xiàn)場回路有兩種：

a. 兩套催化裝置的富氣壓縮機(jī)由LVDT 閥位傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、BOSCH 位置控制器、位移傳感器轉(zhuǎn)換器、WOODWARD505 調(diào)速器、比例電液伺服閥和汽輪機(jī)調(diào)速氣閥組成控制回路，壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)由安保油回路上安裝的兩個(gè)停機(jī)電磁閥、SIS 系統(tǒng)和速關(guān)閥構(gòu)成，信號傳遞如圖1 所示。

b. 由蠟油加氫裝置、焦化裝置、重整裝置和加氫裂化裝置組成循環(huán)氫壓縮機(jī)， 由WOODWARD505 調(diào)速器和現(xiàn)場速關(guān)油組件上的VOITH電液轉(zhuǎn)換器組成控制回路，壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)由速關(guān)油組件上的兩個(gè)電磁閥構(gòu)成。

圖1 信號傳遞框圖

2 WOODWARD505 調(diào)速系統(tǒng)與CENTUM VP通信的實(shí)施

通過對WOODWARD505 控制器的內(nèi)部程序解讀分析，實(shí)現(xiàn)通信有兩種方式：

a. 通過硬接線直接連接，但只能獲取很少的數(shù)據(jù)，滿足不了對系統(tǒng)的過程監(jiān)控需求；

b. 利用Modbus 直接與裝置的CENTUM VP系統(tǒng)通信。

Modbus 通信采用主/從協(xié)議，CENTUM VP 系統(tǒng)作為主設(shè)備，WOODWARD505 控制器作為從設(shè)備。在WOODWARD505 控制器編程，對內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行Modbus 組態(tài)后，WOODWARD505 控制器將接收來自外部網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備CENTUM VP 系統(tǒng)的RUN 運(yùn)行方式指令，除了超速試驗(yàn)投入、聯(lián)機(jī)/脫機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)選擇和超越故障轉(zhuǎn)速信號指令外，CENTUM VP 系統(tǒng)能監(jiān)視和執(zhí)行 WOODWARD505 控制器所有RUN 方式的參數(shù)和指令。

WOODWARD505 控制器的內(nèi)部參數(shù)編程組態(tài)必須在壓縮機(jī)停機(jī)狀態(tài)下才能實(shí)施。 利用2019 年全廠大修之際對WOODWARD505 控制器內(nèi)部所有參數(shù)進(jìn)行解讀， 具體方法是： 按下PRGM 鍵、輸入口令，然后按下ENTER 鍵，顯示屏上出現(xiàn)PRGM CONTROL Y/N 提示，按下YES按鈕，進(jìn)入編程模式；如果按下NO 按鈕，WOODWARD505 控制器將轉(zhuǎn)到Select Mode 屏，此時(shí)不能進(jìn)入編程模式。 圖2 為WOODWARD505 控制器操作；一旦組態(tài)檢查完成，壓縮機(jī)還沒有運(yùn)行，WOODWARD505 控制器的編程可以被存??；如果壓縮機(jī)正在運(yùn)行，則程序只可監(jiān)視，不接受任何修改。

圖2 WOODWARD505 控制器操作程序

梳理WOODWARD505 控制器參數(shù)， 解讀每條語句，做好電子版?zhèn)浞荨?電子版參數(shù)表截圖如圖3 所示。

圖3 電子版參數(shù)表截圖

對WOODWARD505 控制器的通信端口進(jìn)行組態(tài)， 組態(tài)數(shù)據(jù)必須與CENTUM VP 系統(tǒng)ALR121 通信卡組態(tài)的設(shè)備地址、波特率、奇偶校驗(yàn)及終止位等通信參數(shù)完全一致，通信組態(tài)數(shù)據(jù)見表1。

通過解讀WOODWARD505 控制器內(nèi)部程序，了解到Modbus 通信接口有兩個(gè)，都可以用作內(nèi)部數(shù)據(jù)監(jiān)視，設(shè)備出廠時(shí)接口缺省設(shè)置，兩個(gè)Modbus 通信接口都沒有被編程組態(tài)，正常使用時(shí)接口能不斷刷新至所有寄存器的全部信息。 經(jīng)過通信連接設(shè)置，將它組態(tài)成Modbus 通信，就能通過CENTUM VP 系統(tǒng)監(jiān)視WOODWARD505 控制器的全部控制參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等，而不影響其運(yùn)行控制。 注意：WOODWARD505 控制器組態(tài)時(shí)只能作為從設(shè)備，從設(shè)備只能對主設(shè)備的交換請求做出應(yīng)答。

表1 WOODWARD505 控制器通信組態(tài)數(shù)據(jù)

從各機(jī)柜間、 外操室WOODWARD505 控制器敷設(shè)數(shù)據(jù)雙絞通信線至中控機(jī)柜間，采用帶屏蔽層的專用通信電纜；在CENTUM VP 系統(tǒng)機(jī)柜NODE 空位上安裝ALR121 通信卡， 進(jìn)行CENTUM VP 系統(tǒng)軟、硬件組態(tài)，如圖4 所示。

圖4 CENTUM VP 系統(tǒng)軟件組態(tài)

WOODWARD505 控 制 器 與CENTUM VP 系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能。 CENTUM VP 系統(tǒng)上的操作界面如圖5 所示， 同時(shí)設(shè)置了歷史數(shù)據(jù)庫，建立了故障代碼對應(yīng)表（圖6），以便于故障分析診斷。

圖5 CENTUM VP 系統(tǒng)操作界面

圖6 故障代碼對應(yīng)表

將速關(guān)油油壓檢測改為壓力變送器，直拉電纜信號引入到SIS 內(nèi)進(jìn)行油壓監(jiān)測， 同時(shí)建立歷史趨勢，便于故障狀態(tài)分析。

3 結(jié)束語

利用2019 年大修之際，將WOODWARD505轉(zhuǎn)速控制遠(yuǎn)程投入到CENTUM VP 系統(tǒng)控制方式進(jìn)行了優(yōu)化，并編寫了詳細(xì)的操作方法。 目前，已完全實(shí)現(xiàn)了WOODWARD505 控制器與CENTUM VP 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信， 并在全廠推廣應(yīng)用。 改造后，整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到極大提升，優(yōu)化了控制環(huán)節(jié)，減輕了維護(hù)人員和操作人員的巡檢頻次，提高了自動(dòng)化水平。