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锋速达通风降温系统
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厂房降温负压风机ESD系统在催化裂化主风机工程改造中的应用
1. 改造的原因：
大港石化公司催化裂化主风机组从投入运行到2004年技术改造已经运行了将近10个年头了，它是关系到催化裂化装置稳定高效运行的关键设备，它的运行好坏也直接影响到处理量和经济效益能否达到的重要因素。随着时间的推移，主风机组配套的自控设备已经步入老化阶段，部分仪表元器件已难以购到，同时原控制工程采用西门子、三菱PLC可编程控制器来完成机组自保、联锁以及轴流风机安全运行、逆流等控制。原PLC工程由于机组控制技术落后，控制方案交叉、复杂，采用多种控制器分别监控，不利于综合控制和集中管理，盘装仪表和接线端子老化严重，易发生机组的误停车、误跳车与误报警，已不适应目前的大规模生产需要，给主风机组的平稳运行带来困难，并且由于是常规仪表控制，没有实时、历史趋势和报警记录给故障的分析和解决带来了较大的困难。因此，主风机组控制工程急需进行更新改造。
伴随着计算机技术的发展，ESD工程的安全可靠性已经能够满足主风机组的安全控制和紧急停机联锁的要求，并使采用常规仪表监控无法实现的功能得以完成。因此，主风机组采用ESD工程可以有效的记录主风机组的运行工况和操作过程，以及分析主风机组的不正常运行工况，为主风机组安全运行提供了有效的技术支持。ESD工程可以在卡件损坏的条件下在线更换维护，确保机组正常运行。ESD工程的这些功能若采用常规仪表监控是无法实现的。
2. 新工程的介绍：
主风机组改造采用的是美国TRICONEX公司的ESD工程。
2.1硬件上的特点：
TRICONEX公司的TS3000工程的核心是（TMR）结构的三重模件冗余容错控制器。TRICON工程有三个处理器，数字量输入信号在DI模件中被分成隔离的三路，通过三个独立的通道分别被送到三个主处理器中进行三取二表决；经纠正任何偏差后的数据通过三条I/O总线被送到DO模件，并在DO模件硬件进行再次表决。同样地模拟量输入信号在AI模件中被分成隔离的三路，通过AI模块上每一个分电路的模数转换器把模拟量转换成12位的数字量，用32位的协处理器进行处理，每个主处理器采用选取中间值的算法读取正确值，并纠正任何分电路中的偏差，主处理器输出的模拟量信号在AO模块中的模拟输出选择器中进行选择，以确保输出信号的准确。
2.2软件上的特点：
软件基于WINNT环境的Tristation1131编程软件，将联锁逻辑功能和包括逆流、安全运行控制等在内的调节功能集成于一个工程平台上完成，实现了控制工程的高度可靠性、集成性及完整性。同时，配合Wonderware Intouch监控软件，可以为用户及操作人员提供良好人机界面，实现包括过程监控、操作、动态工作点显示、报警记录及历史数据采集等功能。
3. 主风机组原控制工程简介：
改造前主风机组陕鼓的轴流风机采用西门子PLC控制逻辑，防喘振逻辑存在于可编程调节器YS170中，烟机的联锁逻辑由三菱PLC控制，轴流风机的联锁信号有些送往烟机PLC，而烟机的联锁信号也有一些送给轴流风机PLC，两套逻辑互相交叉。
主要有防喘振逻辑，逆流，安全运行，启动逻辑，联锁逻辑，入口蝶阀控制，静叶控制，烟机轮盘冷却蒸汽控制等。
机组的轴振动，轴位移，转速检测采用BENTLY公司的3300系列产品，轴位移、转速的联锁信号通过本特利3300二次表后的继电器模件输出。仪表盘上是各种盘装二次表，可以显示工艺需要的压力、流量、温度指示，同时还有停机按钮、复位按钮、试验按钮等操作按钮，并且还有各种报警指示灯和运行状态指示灯。
4. 主风机组改造前需要明确的几项工作：
4.1仪表原有电缆利旧，保留本特利3300轴系仪表。
4.2尽量保持原操作方式的风格。
4.3强电设备和仪表控制弱电设备分开布置，联锁仪表接线端子分开布置。
4.4根据催化装置主风机组的特点以及集中监控的需要，要求控制室可以100%监控机组运行工况。此次改造工程配备两个操作站和一个工程师站，均能监控主风机组的运行，同时工程师站用于工程组态和日常维护使用。报警灯屏和试验开关、按钮安装在辅助操作台上。
4.5控制机柜仍设在控制室内，但需要玻璃墙与操作间隔离。机柜内安装ESD工程的主机架、扩展机架，用于信号转换的隔离栅，端子板等，本特利3300轴系仪表和状态检测主机S8000安装在机柜内。
4.6工程供电采用两路供电，即一路市电，另一路UPS。
4.7除辅助操作台信号外，TS3000工程与电气相连接的信号以及工程所有DO输出信号通过中间继电器隔离。
4.8催化DCS与TS3000之间的关键控制信号采用硬接线的方式控制，其他的工艺参数通过总线的形式传输。
4.9设置操作权限，联锁信号和影响启动的信号加入软切除。
5. 改造方案：
5.1老工程拆除和新工程安装
由于此次改造电缆利旧，所以拆除盘装仪表，在每一路接线端子处做线标，线标的准确与否直接关系到改造的成败。由于老的接线端子的线标已经模糊，所以对照老的接线图查找，不清楚的采取现场短接，室内测量导通的办法来确定电缆的线标。同时还测量了每条电缆的绝缘电阻。新机柜的安装采取整体吊装，由于新来的机柜之间的电缆是在出厂时已经配好的，所以在吊装时要严格避免机柜之间较劲，机柜固定在作好的支架上后，作好接地连接，一路是保护接地，一路是信号地。
5.2输入输出点的确定及分配
此次改造输入输出点即I/O的确定直接关系到ESD工程的硬件配备，以及组态点数和画面的制作，同时要求每种信号卡件的备用点应该有15%裕量。
信号类型 点数 合计
主风机 增压机 备机
AI 4-20mA 64 19 73 156
AO 4-20mA 8 1 6 15
DI 无源触点 34 2 29 65
DO 继电器隔离 29 4 28 61
表1主风机组输入输出点数
5.3工程说明：
5.3.1电源分配：
两路220VAC供电，一路市电，一路UPS供电。
两路直流24VDC电源，同时向各ETP供电，机柜内继电器、温度变送器、隔离栅用电由两路直流电源经二极管选通后供电。
各操作台下放置电源插座，给操作站供电。
5.3.2操作站和辅助台：
本次改造设有一个工程师站和两个操作员站。CRT安装形式为镶嵌安装，主机安放在操作台下部第二层合内，键盘、鼠标在操作台面操作，操作台内设风扇。
仪表辅助台上设有急停按钮四个：主风机紧急停车、主风机安全运行、1#备用风机紧急停车、2#备用风机紧急停车。功能按钮为试验报警灯和确认报警。报警灯屏18点。
5.3.3外围仪表、设备与TRICON的关系：
温度变送器MTL3073共83只，热电偶4支，其余为热电阻。输出为4-20 mA电流进入3700A卡件。
转速，位移信号由BENTLY3300输出干接点进TS3000DI卡。参与机组联锁（7点），转速、位移、振动模拟信号由BENTLY3300输出4-20 mA信号进3700A卡件。计23点。
现场变送器所用电源由ETP供给。DCS来4-20 mA信号为有源信号。
烟机入口蝶阀阀位控制及蝶阀阀位指示设有MTL3046B隔离栅。
ESD送出DO点全部加继电器隔离。
5.3.4通讯工程的构成：
TRICON配备双NCM（4329通讯卡），各操作站PC机均配置双网卡，TRICON通过两根RJ45网线与操作站和工程师站连接。操作站和工程师站与控制柜间的通讯电缆长度为15米。从而保证NCM卡，通讯线路，PC机的冗余。通讯协议为TCP/IP。
TRICON与DCS的通讯，通过EICM的RS485 MODBUS协议进行通讯。
TRICON与S8000的通讯，通过EICM的RS232 MODBUS协议进行通讯。
5.3.5上位监控画面组成:
此次改造上位监控软件采用Wonderware Intouch监控软件,共完成23个画面:
工艺流程图包括:三机组操作流程图、三机组油工程、三机组/备机切换、1#备机操作流程图、1#备机油工程、 2#备机操作流程图、2#备机油工程、1#增压机流程图、 2#增压机流程图。
图1三机组工艺流程图
逻辑控制图包括：三机组开机画面、三机组联锁画面1、三机组联锁画面2、备机/增压机联锁画面、防喘振画面。
图2开机画面
图3联锁画面
其他画面包括：三机组设定值、备机/增压机设定值、实时趋势、历史趋势、报警历史、软报警灯屏画面、工程维护画面。
画面的切换操作可以采用菜单驱动或图形动态连接，操作人员只需对画面操作就可以监控整个机组，操作简单、方便。操作画面显示机组及其附属设备的状态，运行参数：压力、温度、流量、转速、液位等的实时值。当工程正常时，显示绿色，报警时显示黄色，联锁时显示红色。全部被控参数在画面中可以显示每个被控参数点的量程、单位、实时值、设定值、手/自动操作状态及操作输出值。并同时显示工程中出现报警或联锁的位号，名称，发生的时间：年、月、日、时、分、秒，以及报警或联锁值。
5.3.6下位编程程序组成：
此次改造下位编程软件采用基于WINNT环境的Tristation1131编程软件。
主要的控制和逻辑程序包括：允许启动程序、主风机联锁程序、风机逆流程序、风机安运程序、烟机轮盘冷却蒸汽控制程序、烟机密封气压差控制程序、风机静叶控制程序、烟机蝶阀联锁逻辑、自动操作逻辑、防喘振逻辑等。
5.4逻辑程序的改进：
5.4.1主风机联锁程序：
原来的联锁程序是由两套PLC实现的，轴流风机采用西门子PLC，烟机采用三菱PLC，由于是两套PLC，所以在实现联锁动作时，两套PLC之间还要传递联锁信号，给故障的判断和维护带来困难。新的联锁逻辑将主风机联锁逻辑和烟机的联锁逻辑作到了一起，直观清晰，即联锁原因各单元侧为或门关系，即任意原因侧动作，动作侧均动作。同时在每一路的联锁信号上加了软切除功能，在开机工程中和故障处理时起到了很大的作用，同时还有联锁信号的保持和复位功能。
5.4.2主风机开机条件：
新的开机条件作到了一起，直观清晰，即开机条件侧为与门关系，即全部原因侧合格，动作侧才合格。允许启动后，启动画面弹出“烟机入口高温闸阀允许开”，“主风静叶解锁”对话框。如果烟机转速大于60RPM，启动画面弹出“盘车正常”“烟机入口蝶阀解锁”。
5.4.3主风机启动程序：
按照操作画面指示，首先使主风联锁各原因侧正常，按复位按钮，使联锁复位
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伴随着计算机技术的发展，ESD工程的安全可靠性已经能够满足主风机组的安全控制和紧急停机联锁的要求，并使采用常规仪表监控无法实现的功能得以完成。因此，主风机组采用ESD工程可以有效的记录主风机组的运行工况和操作过程，以及分析主风机组的不正常运行工况，为主风机组安全运行提供了有效的技术支持。ESD工程可以在卡件损坏的条件下在线更换维护，确保机组正常运行。ESD工程的这些功能若采用常规仪表监控是无法实现的。
2. 新工程的介绍：
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2.1硬件上的特点：
TRICONEX公司的TS3000工程的核心是（TMR）结构的三重模件冗余容错控制器。TRICON工程有三个处理器，数字量输入信号在DI模件中被分成隔离的三路，通过三个独立的通道分别被送到三个主处理器中进行三取二表决；经纠正任何偏差后的数据通过三条I/O总线被送到DO模件，并在DO模件硬件进行再次表决。同样地模拟量输入信号在AI模件中被分成隔离的三路，通过AI模块上每一个分电路的模数转换器把模拟量转换成12位的数字量，用32位的协处理器进行处理，每个主处理器采用选取中间值的算法读取正确值，并纠正任何分电路中的偏差，主处理器输出的模拟量信号在AO模块中的模拟输出选择器中进行选择，以确保输出信号的准确。
2.2软件上的特点：
软件基于WINNT环境的Tristation1131编程软件，将联锁逻辑功能和包括逆流、安全运行控制等在内的调节功能集成于一个工程平台上完成，实现了控制工程的高度可靠性、集成性及完整性。同时，配合Wonderware Intouch监控软件，可以为用户及操作人员提供良好人机界面，实现包括过程监控、操作、动态工作点显示、报警记录及历史数据采集等功能。
3. 主风机组原控制工程简介：
改造前主风机组陕鼓的轴流风机采用西门子PLC控制逻辑，防喘振逻辑存在于可编程调节器YS170中，烟机的联锁逻辑由三菱PLC控制，轴流风机的联锁信号有些送往烟机PLC，而烟机的联锁信号也有一些送给轴流风机PLC，两套逻辑互相交叉。
主要有防喘振逻辑，逆流，安全运行，启动逻辑，联锁逻辑，入口蝶阀控制，静叶控制，烟机轮盘冷却蒸汽控制等。
机组的轴振动，轴位移，转速检测采用BENTLY公司的3300系列产品，轴位移、转速的联锁信号通过本特利3300二次表后的继电器模件输出。仪表盘上是各种盘装二次表，可以显示工艺需要的压力、流量、温度指示，同时还有停机按钮、复位按钮、试验按钮等操作按钮，并且还有各种报警指示灯和运行状态指示灯。
4. 主风机组改造前需要明确的几项工作：
4.1仪表原有电缆利旧，保留本特利3300轴系仪表。
4.2尽量保持原操作方式的风格。
4.3强电设备和仪表控制弱电设备分开布置，联锁仪表接线端子分开布置。
4.4根据催化装置主风机组的特点以及集中监控的需要，要求控制室可以100%监控机组运行工况。此次改造工程配备两个操作站和一个工程师站，均能监控主风机组的运行，同时工程师站用于工程组态和日常维护使用。报警灯屏和试验开关、按钮安装在辅助操作台上。
4.5控制机柜仍设在控制室内，但需要玻璃墙与操作间隔离。机柜内安装ESD工程的主机架、扩展机架，用于信号转换的隔离栅，端子板等，本特利3300轴系仪表和状态检测主机S8000安装在机柜内。
4.6工程供电采用两路供电，即一路市电，另一路UPS。
4.7除辅助操作台信号外，TS3000工程与电气相连接的信号以及工程所有DO输出信号通过中间继电器隔离。
4.8催化DCS与TS3000之间的关键控制信号采用硬接线的方式控制，其他的工艺参数通过总线的形式传输。
4.9设置操作权限，联锁信号和影响启动的信号加入软切除。
5. 改造方案：
5.1老工程拆除和新工程安装
由于此次改造电缆利旧，所以拆除盘装仪表，在每一路接线端子处做线标，线标的准确与否直接关系到改造的成败。由于老的接线端子的线标已经模糊，所以对照老的接线图查找，不清楚的采取现场短接，室内测量导通的办法来确定电缆的线标。同时还测量了每条电缆的绝缘电阻。新机柜的安装采取整体吊装，由于新来的机柜之间的电缆是在出厂时已经配好的，所以在吊装时要严格避免机柜之间较劲，机柜固定在作好的支架上后，作好接地连接，一路是保护接地，一路是信号地。
5.2输入输出点的确定及分配
此次改造输入输出点即I/O的确定直接关系到ESD工程的硬件配备，以及组态点数和画面的制作，同时要求每种信号卡件的备用点应该有15%裕量。
信号类型 点数 合计
主风机 增压机 备机
AI 4-20mA 64 19 73 156
AO 4-20mA 8 1 6 15
DI 无源触点 34 2 29 65
DO 继电器隔离 29 4 28 61
表1主风机组输入输出点数
5.3工程说明：
5.3.1电源分配：
两路220VAC供电，一路市电，一路UPS供电。
两路直流24VDC电源，同时向各ETP供电，机柜内继电器、温度变送器、隔离栅用电由两路直流电源经二极管选通后供电。
各操作台下放置电源插座，给操作站供电。
5.3.2操作站和辅助台：
本次改造设有一个工程师站和两个操作员站。CRT安装形式为镶嵌安装，主机安放在操作台下部第二层合内，键盘、鼠标在操作台面操作，操作台内设风扇。
仪表辅助台上设有急停按钮四个：主风机紧急停车、主风机安全运行、1#备用风机紧急停车、2#备用风机紧急停车。功能按钮为试验报警灯和确认报警。报警灯屏18点。
5.3.3外围仪表、设备与TRICON的关系：
温度变送器MTL3073共83只，热电偶4支，其余为热电阻。输出为4-20 mA电流进入3700A卡件。
转速，位移信号由BENTLY3300输出干接点进TS3000DI卡。参与机组联锁（7点），转速、位移、振动模拟信号由BENTLY3300输出4-20 mA信号进3700A卡件。计23点。
现场变送器所用电源由ETP供给。DCS来4-20 mA信号为有源信号。
烟机入口蝶阀阀位控制及蝶阀阀位指示设有MTL3046B隔离栅。
ESD送出DO点全部加继电器隔离。
5.3.4通讯工程的构成：
TRICON配备双NCM（4329通讯卡），各操作站PC机均配置双网卡，TRICON通过两根RJ45网线与操作站和工程师站连接。操作站和工程师站与控制柜间的通讯电缆长度为15米。从而保证NCM卡，通讯线路，PC机的冗余。通讯协议为TCP/IP。
TRICON与DCS的通讯，通过EICM的RS485 MODBUS协议进行通讯。
TRICON与S8000的通讯，通过EICM的RS232 MODBUS协议进行通讯。
5.3.5上位监控画面组成:
此次改造上位监控软件采用Wonderware Intouch监控软件,共完成23个画面:
工艺流程图包括:三机组操作流程图、三机组油工程、三机组/备机切换、1#备机操作流程图、1#备机油工程、 2#备机操作流程图、2#备机油工程、1#增压机流程图、 2#增压机流程图。
图1三机组工艺流程图
逻辑控制图包括：三机组开机画面、三机组联锁画面1、三机组联锁画面2、备机/增压机联锁画面、防喘振画面。
图2开机画面
图3联锁画面
其他画面包括：三机组设定值、备机/增压机设定值、实时趋势、历史趋势、报警历史、软报警灯屏画面、工程维护画面。
画面的切换操作可以采用菜单驱动或图形动态连接，操作人员只需对画面操作就可以监控整个机组，操作简单、方便。操作画面显示机组及其附属设备的状态，运行参数：压力、温度、流量、转速、液位等的实时值。当工程正常时，显示绿色，报警时显示黄色，联锁时显示红色。全部被控参数在画面中可以显示每个被控参数点的量程、单位、实时值、设定值、手/自动操作状态及操作输出值。并同时显示工程中出现报警或联锁的位号，名称，发生的时间：年、月、日、时、分、秒，以及报警或联锁值。
5.3.6下位编程程序组成：
此次改造下位编程软件采用基于WINNT环境的Tristation1131编程软件。
主要的控制和逻辑程序包括：允许启动程序、主风机联锁程序、风机逆流程序、风机安运程序、烟机轮盘冷却蒸汽控制程序、烟机密封气压差控制程序、风机静叶控制程序、烟机蝶阀联锁逻辑、自动操作逻辑、防喘振逻辑等。
5.4逻辑程序的改进：
5.4.1主风机联锁程序：
原来的联锁程序是由两套PLC实现的，轴流风机采用西门子PLC，烟机采用三菱PLC，由于是两套PLC，所以在实现联锁动作时，两套PLC之间还要传递联锁信号，给故障的判断和维护带来困难。新的联锁逻辑将主风机联锁逻辑和烟机的联锁逻辑作到了一起，直观清晰，即联锁原因各单元侧为或门关系，即任意原因侧动作，动作侧均动作。同时在每一路的联锁信号上加了软切除功能，在开机工程中和故障处理时起到了很大的作用，同时还有联锁信号的保持和复位功能。
5.4.2主风机开机条件：
新的开机条件作到了一起，直观清晰，即开机条件侧为与门关系，即全部原因侧合格，动作侧才合格。允许启动后，启动画面弹出“烟机入口高温闸阀允许开”，“主风静叶解锁”对话框。如果烟机转速大于60RPM，启动画面弹出“盘车正常”“烟机入口蝶阀解锁”。
5.4.3主风机启动程序：
按照操作画面指示，首先使主风联锁各原因侧正常，按复位按钮，使联锁复位
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