TS3000在氨冰機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、    ts3000在氨冰機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用    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(jī)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用，通過 ts3000 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組速度控制、開停車順序控制、防喘控制以及聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)功能，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞ts3000系統(tǒng);氨冰機(jī);調(diào)速;順序控制;防喘;聯(lián)鎖tm76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼a 20956487（2020）120003abstractthis paper introduces the application of triple parts redun

2、dant 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 saf

3、e and stable operation of the unit.keywordsts3000 system; ammonia ice machine; speed regulation; sequence control; anti-asthmatic; interlocking巴陵石化合成氨裝置氨冰機(jī)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(jī)帶動壓縮機(jī)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(jī)選用tricon ts3000控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的速度控制、開停車順序控制、防喘控制以及聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)功

4、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(jī)架為擴(kuò)展式結(jié)構(gòu)，機(jī)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(dú)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(jìn)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(jìn)行通訊和同步，tribus 把di的表決結(jié)果和ai的計(jì)算結(jié)果送給每一個mp，每個mp獨(dú)立地進(jìn)行program的運(yùn)算并將結(jié)果送到送出模件?？刂葡到y(tǒng)可以識別控制元件的故障，

5、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(jī)轉(zhuǎn)速測量控制2.1 氨冰機(jī)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(jī)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(jī)組轉(zhuǎn)速對應(yīng)。氨冰機(jī)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(jìn)現(xiàn)場轉(zhuǎn)速表，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速現(xiàn)場顯示;3支進(jìn)超速保護(hù)器，三取二硬超速保護(hù)，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(diǎn)信號斷開，電磁閥失電，氨冰機(jī)跳車;3支進(jìn)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

6、值。機(jī)組正常運(yùn)行中三路轉(zhuǎn)速探頭三取二高于超速保護(hù)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(jī)停機(jī)。2.2 氨冰機(jī)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(yùn)算，輸出420 ma電流信號，經(jīng)電流信號轉(zhuǎn)換器放大至20160 ma，控制現(xiàn)場油動機(jī)行程，使主汽門開度達(dá)到設(shè)定值，以達(dá)到控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。氨冰機(jī)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(shí)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(xiàng)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(jī)組通過臨界區(qū)時，控制模塊會強(qiáng)制自動操

7、作。氨冰機(jī)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(diǎn)功能、手動升高/降低功能和跟蹤功能，其中目標(biāo)設(shè)定點(diǎn)設(shè)有上下限值。3 氨冰機(jī)啟動順序模式控制ts3000系統(tǒng)針對氨冰機(jī)在啟機(jī)過程中所處的不同狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的速度控制，氨冰機(jī)啟動順序有如下幾種種運(yùn)行模式，表示各種運(yùn)行狀態(tài)。3.1 模式0：聯(lián)鎖停機(jī)模式氨冰機(jī)機(jī)組處于聯(lián)鎖停車狀態(tài)。此時聯(lián)鎖條件只要有一項(xiàng)不滿足聯(lián)鎖就無法解鎖（除非將氨冰機(jī)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(jī)超速保護(hù)復(fù)位按鈕，超速保護(hù)復(fù)位成功;按下機(jī)組復(fù)位按鈕，使停機(jī)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

8、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(rèn)按鈕”，此時允許啟動燈變綠表示啟動條件正常，進(jìn)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(jìn)入模式1允許啟動狀態(tài)，氨冰機(jī)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(jī)組聯(lián)鎖復(fù)位狀態(tài)下才可以進(jìn)行。調(diào)試合格后確認(rèn)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(jī)組”按鈕，進(jìn)入下一模式。3.3 模式2：機(jī)組啟動模式當(dāng)進(jìn)入機(jī)組啟動模式后，操作人員在氨冰機(jī)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(jī)組啟動要求暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)、升速，升速過程要快速越過臨界轉(zhuǎn)速

9、區(qū)。速度一旦超過設(shè)定轉(zhuǎn)速值，將結(jié)束啟動過程，進(jìn)入下一模式。3.4 模式3：接管運(yùn)行模式一旦機(jī)組速度超過設(shè)定轉(zhuǎn)速值，系統(tǒng)自動進(jìn)入接管運(yùn)行模式。此時“氨冰機(jī)速度控制調(diào)節(jié)器”操作狀態(tài)強(qiáng)制由手動改為自動。轉(zhuǎn)速實(shí)際給定值按照升速速率趨進(jìn)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(shí)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(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行范圍。3.5 模式4：正常停機(jī)模式正常停機(jī)模式，系統(tǒng)自動設(shè)定停機(jī)目標(biāo)值，以固定速率降速，直至主汽門全關(guān)，系統(tǒng)停機(jī)。3.6

10、模式5：超速試驗(yàn)?zāi)Ｊ匠僭囼?yàn)分電子超速試驗(yàn)和機(jī)械超速試驗(yàn)。在電子超速試驗(yàn)狀態(tài)下，不能做機(jī)械超速試驗(yàn)，因?yàn)殡娮映僭囼?yàn)的量程范圍被限制。當(dāng)進(jìn)入超速試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，氨冰機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值將超過超速保護(hù)跳車值 ， 一旦實(shí)際轉(zhuǎn)速值超過跳車值，氨冰機(jī)便會聯(lián)鎖停車，可以通過上位畫面按鈕取消超速試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。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(jī)組停機(jī)冷卻保護(hù)時間，只有當(dāng)停機(jī)冷卻時間計(jì)時器達(dá)到設(shè)定值才能重新啟動。4 氨冰機(jī)防喘控制正常運(yùn)行階段，ts3000系統(tǒng)根據(jù)氨冰機(jī)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(dú)特的防喘振技術(shù)來給出壓縮機(jī)喘振線、實(shí)際工作點(diǎn)的喘振工況圖，以此

11、判斷是否發(fā)生喘振并使工作點(diǎn)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(jī)的工作點(diǎn)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(jì)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(diǎn)在喘振控制線右方時，會減少比例動作，當(dāng)工作點(diǎn)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(diǎn)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

12、下，手動輸出值和控制器自動運(yùn)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(diǎn)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(jì)數(shù)，每次喘振發(fā)生會自動累加裕度量，可以通過喘振計(jì)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(jī)不會在喘振線上持續(xù)運(yùn)行或過長時間運(yùn)行。當(dāng)工作點(diǎn)在控制線右方，喘振控制器的設(shè)定點(diǎn)將在當(dāng)前工作點(diǎn)（hx）的左側(cè)，并與工作點(diǎn)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(diǎn)還向左移，系統(tǒng)將逐漸打開防喘閥以防機(jī)組喘振。當(dāng)工作點(diǎn)

13、向喘振區(qū)移動的速度大于且越過設(shè)定點(diǎn)時，喘振控制器將執(zhí)行以下動作：設(shè)定點(diǎn)將按相同的速率快速減小，直至防喘閥打開。5 氨冰機(jī)保護(hù)聯(lián)鎖停機(jī)聯(lián)鎖緊急停機(jī)是保證氨冰機(jī)組安全而采取的最后一道安全保護(hù)措施，ts3000系統(tǒng)組態(tài)聯(lián)鎖信號為故障安全型，即在各項(xiàng)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(jī)條件，便于調(diào)試和檢修。氨冰機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)條件如下。氨冰機(jī)組潤滑油壓力三取二低低;氨冰機(jī)組控制油壓力三取二低低;氨冰機(jī)組軸位移二取二高高;氨冰機(jī)組

14、軸振動二取一高高;氨冰機(jī)組入口分離器液位三取二高高;氨冰機(jī)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;氨冰機(jī)組軸瓦溫度二取二高高;氨冰機(jī)組干氣密封各端泄漏量高高;氨冰機(jī)表面冷凝器壓力三取二高高;氨冰機(jī)組控制室緊急停車按鈕發(fā)出停車信號; 氨冰機(jī)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(jī)停機(jī)。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(yùn)行狀態(tài)。軟件基于 windows 10操作環(huán)境，使用tristation1131編程軟件 ，將機(jī)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(jī)保護(hù)功能在內(nèi)的各項(xiàng)功能集成于一個系統(tǒng)平臺上完成 ，實(shí)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(jī)界面，實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)視控制、過程報(bào)警及歷史數(shù)據(jù)采集等功能。參考文獻(xiàn)1 邢元棟，李 霞.ts3000 系統(tǒng)在蒸汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.石油化工自動化，2006（3）：53.2 朱錦智.ts3000 在催化裂化壓