安全柵在空壓機(jī)組TRICON控制系統(tǒng)卡件報(bào)警中的應(yīng)用

韋靖博， 楊 光

(安徽晉煤中能化工股份有限公司 安徽臨泉 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司600 kt/a合成氨原料路線調(diào)整節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目包含空分、氣化、合成等主要工藝裝置。空分裝置采用低溫精餾法進(jìn)行空氣分離，配套德國(guó)曼(MAN)54 000 m3/h空壓機(jī)組，透平壓縮機(jī)綜合控制系統(tǒng)(ITCC)采用TRICON TS3000系統(tǒng)。

1 TRICON系統(tǒng)簡(jiǎn)介

TRICON系統(tǒng)從主處理器到輸入、輸出模件采用完全三重化的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，當(dāng)空壓機(jī)組出現(xiàn)異常情況時(shí)，將機(jī)組控制在一個(gè)安全狀態(tài)[1]。TRICON系統(tǒng)具有高容錯(cuò)能力，自身發(fā)生錯(cuò)誤后，系統(tǒng)還能正?？刂粕a(chǎn)設(shè)備；當(dāng)裝置發(fā)生異常時(shí)，根據(jù)工況變化，能夠自動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，保障機(jī)組穩(wěn)定控制和長(zhǎng)周期運(yùn)行[2]。TRICON系統(tǒng)三重冗余結(jié)構(gòu)中的每個(gè)I/O通道內(nèi)都有3個(gè)獨(dú)立的分電路,輸入卡件的分電路讀入過(guò)程數(shù)據(jù)并將此信息送至各主處理器。3個(gè)獨(dú)立處理器通過(guò)Tribus總線通訊[3]，最后控制輸出卡件，達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的。

TRICON系統(tǒng)由控制系統(tǒng)機(jī)架(包括1個(gè)主機(jī)架和2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，見(jiàn)圖1)以及控制系統(tǒng)軟件(包括上位機(jī)組態(tài)軟件InTouch和下位機(jī)組態(tài)軟件TriStation 1131)等2個(gè)主要部分組成。

圖1 TRICON系統(tǒng)構(gòu)成示意

2 ITCC系統(tǒng)報(bào)警與分析

600 kt/a合成氨原料路線調(diào)整節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目自聯(lián)調(diào)結(jié)束正常投產(chǎn)后，空壓機(jī)組TRICON系統(tǒng)1#主機(jī)架、3#擴(kuò)展機(jī)架一直處于報(bào)警狀態(tài)，不僅干擾操作人員監(jiān)控生產(chǎn)情況，而且為生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行埋下了隱患，成為迫切需要解決的問(wèn)題。

2.1 故障現(xiàn)象

系統(tǒng)3#擴(kuò)展機(jī)架8R熱備卡槽空置，8L位置現(xiàn)有處于工作狀態(tài)的3805E型模擬輸出(AO)卡件，處于LOAD監(jiān)督超載報(bào)警狀態(tài)，觸發(fā)3#擴(kuò)展機(jī)架電源模塊報(bào)警，進(jìn)而引起1#主機(jī)架電源模塊報(bào)警。上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面同步顯示1#主機(jī)架和3#擴(kuò)展機(jī)架的報(bào)警信息，且無(wú)法對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行確認(rèn)消除，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。8L報(bào)警卡件共有8路AO通道(即0～7路)，系統(tǒng)使用前3路，即0號(hào)通道為空壓機(jī)放空閥FV1451，1號(hào)通道為空壓機(jī)入口導(dǎo)葉FV1452，2號(hào)通道為增壓機(jī)末級(jí)去高壓換熱器控制閥FV1902；卡件后5路為空余通道，為避免觸發(fā)報(bào)警，系統(tǒng)開(kāi)車前已在所有AO卡件空余通道上接裝阻值為220 Ω的負(fù)載電阻。3路通道調(diào)節(jié)控制回路都是系統(tǒng)重要的生產(chǎn)閥門(mén)，正常生產(chǎn)時(shí)0號(hào)通道閥門(mén)全關(guān)，1號(hào)通道閥門(mén)保持27%～45%的開(kāi)度，2號(hào)通道閥門(mén)全開(kāi)，正常開(kāi)車期間閥門(mén)禁止動(dòng)作調(diào)試。

2.2 報(bào)警原因分析

裝置停車后，控制系統(tǒng)報(bào)警現(xiàn)象隨之消失。利用檢修機(jī)會(huì)，首先對(duì)報(bào)警卡件進(jìn)行更換處理，同時(shí)對(duì)機(jī)柜系統(tǒng)電源、線路、接地等全面排查后進(jìn)行分析，未見(jiàn)異常，機(jī)架電源模塊亦功能正常。裝置正常開(kāi)車后，報(bào)警現(xiàn)象再次出現(xiàn)，排除了AO卡件功能故障等原因觸發(fā)報(bào)警的可能性。

報(bào)警信息復(fù)現(xiàn)后，使用系統(tǒng)自有的診斷軟件Enhanced Diagnostic Monitor進(jìn)行系統(tǒng)自診斷，通過(guò)分析收集到的診斷信息，判斷為報(bào)警卡件(8L卡件)2號(hào)通道負(fù)載電壓超限，即FV1902控制閥定位器負(fù)載電壓超過(guò)卡件輸出控制信號(hào)帶負(fù)載電壓的上限值，引發(fā)機(jī)架電源模塊報(bào)警。該定位器為azbil AVP102型電氣智能閥門(mén)定位器，支持HART協(xié)議，正輸出，即100%開(kāi)度對(duì)應(yīng)20 mA回路電流信號(hào)。由歐姆定律U=IR可知，能通過(guò)減小負(fù)載電阻和回路電流值來(lái)降低負(fù)載電壓，但智能閥門(mén)定位器的輸入電阻通常較高(見(jiàn)表1)，采用更換定位器來(lái)減小輸入電阻，不僅需要更改現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)儀表空氣風(fēng)管線，而且各型定位器安裝方式不同，更換其他型號(hào)定位器難度較大。回路電流值則是AO卡件根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制閥門(mén)所需開(kāi)度大小輸出的控制信號(hào)，不可更改。電阻和電流值都無(wú)法降低或更改，則需要提高電壓值來(lái)滿足需求，提高系統(tǒng)AO卡件供電電壓上限成為較可行的方案。即需要保證閥門(mén)全開(kāi)位置時(shí)的定位器回路電流為20 mA，回路負(fù)載電壓最大時(shí)的系統(tǒng)負(fù)載電壓能夠滿足需求，可解決卡件負(fù)載電壓超限報(bào)警問(wèn)題。

表1 不同型號(hào)智能定位器的負(fù)載電阻

3 改造措施

通過(guò)分析論證后，決定利用在主控機(jī)柜報(bào)警卡件對(duì)應(yīng)通道后端加入模擬量輸出型安全柵的方式來(lái)放大AO卡件帶載能力。經(jīng)過(guò)不斷對(duì)比和參數(shù)分析后,最終選擇德國(guó)倍加福KFD2-CD-Ex1.32型安全柵，輸入端連接調(diào)節(jié)輸出控制信號(hào)，輸出端連接現(xiàn)場(chǎng)智能定位器，將電流信號(hào)從控制機(jī)柜安全區(qū)域驅(qū)動(dòng)到現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)閥門(mén)定位器危險(xiǎn)區(qū)域，完成主控室至現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)的調(diào)節(jié)控制。此款安全柵為單通道24 V直流供電，4～20 mA模擬量輸入輸出，工作額定電壓20～35 V(直流)，額定電流≤50 mA，負(fù)載電阻≤850 Ω，控制端電流值20 mA時(shí)的電壓值≤4 V，完全滿足使用需求。

等待停車檢修時(shí)對(duì)安全柵進(jìn)行了加裝，并對(duì)FV1902閥門(mén)進(jìn)行了全行程開(kāi)度試驗(yàn)，卡件LOAD燈正常，卡件一直處于正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)報(bào)警未出現(xiàn)。裝置開(kāi)車運(yùn)行后，閥門(mén)FV1902全開(kāi)，且其他兩路閥門(mén)均開(kāi)至正常生產(chǎn)閥位后，系統(tǒng)報(bào)警現(xiàn)象未復(fù)現(xiàn)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后機(jī)架報(bào)警問(wèn)題未再出現(xiàn)。利用加裝安全柵有效驗(yàn)證了TRICON模擬輸出卡件LOAD監(jiān)督超載報(bào)警出現(xiàn)的情況，成功解決了空壓機(jī)組控制系統(tǒng)機(jī)架報(bào)警的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

常規(guī)電氣閥門(mén)定位器輸入電阻實(shí)測(cè)在200 Ω左右，而智能閥門(mén)定位器的輸入電阻通常高于300 Ω，且隨輸入電流的增加而增大，配置HART協(xié)議型的輸入電阻則會(huì)更大(如表1中FISHER DVC6200型定位器)。對(duì)于電流驅(qū)動(dòng)型的電路，電阻越大，負(fù)載兩端電壓越高，消耗的功率越大，輸入電阻越小，則對(duì)電流源的負(fù)載就越輕。在選用智能型電氣閥門(mén)定位器時(shí)，一定要與調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)的帶載能力相匹配，建議帶載應(yīng)大于550 Ω，才能保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)正輸出時(shí)，閥門(mén)大開(kāi)度甚至全開(kāi)時(shí)定位器的正常工作。

當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)帶載能力不足時(shí)，應(yīng)在閥門(mén)定位器輸入信號(hào)回路中加裝信號(hào)隔離器件，提升控制信號(hào)的帶負(fù)載能力，即選用負(fù)載阻值高的中間隔離驅(qū)動(dòng)器件，對(duì)于防爆場(chǎng)所則選用帶負(fù)載能力高的隔離式安全柵，文中所選用的安全柵最大負(fù)載電阻為850 Ω?；蛲ㄟ^(guò)定位器選型采用4線制連接方式，通過(guò)單獨(dú)配接24 V直流電源的方式來(lái)減小定位器的輸入電阻。如果不需要智能定位器配置HART協(xié)議支持，應(yīng)盡可能選取同系列無(wú)HART協(xié)議型，來(lái)降低調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)帶載能力不足的風(fēng)險(xiǎn)。

卡件報(bào)警通常有多種因素觸發(fā)，文中僅分析了其中一種引起報(bào)警的原因，生產(chǎn)實(shí)際中如遇到此類卡件報(bào)警問(wèn)題還需從多個(gè)方面認(rèn)真分析，不斷試驗(yàn)，才能找到解決問(wèn)題的方法。