韓平

(中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600)

ITCC系統(tǒng)用戶程序中的缺陷分析與改進

韓平

(中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600)

分析了ITCC系統(tǒng)用戶程序中存在的缺陷以及對設(shè)備運行和聯(lián)鎖保護的不利影響，從安全生產(chǎn)和設(shè)備運行實際需要出發(fā)，對用戶程序進行了探討和論證，針對性地制訂出有效的改進方案，成功地彌補了原程序的漏洞，從而增強了該用戶程序的適用性、嚴密性和可靠性，為裝置安全運行和穩(wěn)定生產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

透平壓縮機 機泵 用戶程序 缺陷

透平壓縮機一體化控制系統(tǒng)ITCC(Integrated Turbine Compressor Control)被廣泛用于石油化工等行業(yè)生產(chǎn)裝置中大型機械設(shè)備和復(fù)雜程度較高的機組、機泵的監(jiān)測、操作與管理。該系統(tǒng)除了采用以三冗余結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的硬件設(shè)備，同時功能強大、組態(tài)靈活的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件也廣受青睞。由于工程技術(shù)人員對工藝、設(shè)備和操作方面認識的局限，編制用戶程序時難免會出現(xiàn)一些錯誤和缺陷。筆者結(jié)合3個實例，分析了ITCC用戶程序缺陷的原因與采取的改進措施。

1 壓縮機透平冷凝液泵控制程序的分析改進

1.1現(xiàn)象

合成氣透平壓縮機主冷凝器設(shè)置有三冗余液位變送器LT021861A/B/C，控制邏輯中選取三者中值進入比較器，低于設(shè)定值時觸發(fā)聯(lián)鎖保護。

某儀表人員發(fā)現(xiàn)A變送器示值較B，C示值低約10%，對其進行了檢查處理。經(jīng)過重新對負向?qū)汗艹涔嗬淠?，開表后發(fā)現(xiàn)指示值逐漸升高，當液位達到56%時冷凝液備用輔泵聯(lián)鎖自啟動。

按照選定中值的方案，邏輯表決規(guī)定只有三冗余變送器中至少有2臺示值達到高限時才能觸發(fā)備用泵聯(lián)鎖自啟動，為什么僅1臺達到高限就引發(fā)聯(lián)鎖動作了呢？

1.2分析程序

解讀應(yīng)用程序，涉及合成氣壓縮機主冷凝器液位的聯(lián)鎖動作有三種情況。

1.2.1液位高高觸發(fā)透平跳車

冷凝器液位高高觸發(fā)透平跳車的邏輯框圖如圖1所示。

圖1中，LT為數(shù)據(jù)比較模塊，當X

圖1 冷凝液液位高高觸發(fā)透平跳車邏輯

1.2.2冷凝液備用泵自啟動

冷凝液備用泵自啟動邏輯框圖如圖2所示。圖中，GT為數(shù)據(jù)比較模塊，當X>Y時輸出為1，否則為0；X代表進入GT比較模塊的第1個輸入值，Y代表進入GT比較模塊的第2個輸入值；運算規(guī)則是當X>Y時，輸出成立；冷凝液備用泵自啟動的邏輯，必須同時具備四個條件： 備用泵處于正常備用條件；備用泵控制開關(guān)選擇在遠程操作位置；LT021861A/B/C示值均大于31%；LT021861A/B/C任意1臺示值大于等于56%?？梢姾髢蓚€條件都沒有遵守多數(shù)表決的原則，以上遇到的問題就來源于最后一個條件所觸發(fā)的結(jié)果。

圖2 冷凝液備用泵自啟動邏輯

1.2.3冷凝液泵自動停運

冷凝液泵自動停運邏輯框圖如圖3所示。

圖3 冷凝液泵自動停運邏輯

由圖3可知，使冷凝液泵自動停運的條件： LT021861A/B/C任意1臺變送器示值不大于31%；電泵發(fā)生故障。

顯然第一個條件也不符合多數(shù)表決的原則。假如有1臺變送器故障示值不大于31%時，無論其操作開關(guān)是否位于遠程控制位置，都將使正在運行的冷凝液泵自動停運。更為重要的是停泵后主冷凝器的液位必然升高，當達到液位的高報值56%時，若錯誤信號仍然存在，則其鉗位作用使2臺 冷凝液泵都無法自啟動，此時如果處理不及時液位勢必上升最終達到聯(lián)鎖跳車值67%而觸發(fā)透平聯(lián)鎖跳車。

1.3聯(lián)鎖邏輯改進

1) 冷凝液泵自動停運聯(lián)鎖程序修改。將冷凝液液位低低聯(lián)鎖邏輯中的與門邏輯塊改成“三取二”邏輯表決器功能塊，實現(xiàn)多數(shù)表決有效。

2) 冷凝液備用泵自啟動聯(lián)鎖程序修改。將冷凝液液位低低和液位高自啟備用冷凝液泵邏輯中的與門邏輯塊改為“三取二”邏輯表決器功能塊，實現(xiàn)多數(shù)表決有效。修改后完善了原有程序，使得聯(lián)鎖動作更加合理、可靠。

2 鍋爐給水泵聯(lián)鎖控制程序的改進

2.1異?，F(xiàn)象

在裝置年度整修后恢復(fù)開車階段，電機驅(qū)動的中壓鍋爐給水泵已經(jīng)運行，但從ITCC操作畫面上卻發(fā)現(xiàn)聯(lián)鎖處于跳車狀態(tài)。查看ESD在線程序，雖然各聯(lián)鎖條件均已滿足，但因沒有進行聯(lián)鎖復(fù)位操作，所以該聯(lián)鎖一直處于跳車狀態(tài)。更為嚴重的是，即使設(shè)備出現(xiàn)故障需要停車保護時卻無法獲得有效執(zhí)行，顯然有邏輯錯誤存在。

2.2程序分析

2.2.1聯(lián)鎖邏輯

鍋爐給水泵的控制邏輯如圖4所示。

圖4 鍋爐給水泵控制聯(lián)鎖示意

圖4中，OR為或門邏輯塊；SR為置位優(yōu)先的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；TP為脈沖輸出塊。從圖4可以看出其動作原理如下：

1) 工藝條件停車。當脫氧槽液位降低到開關(guān)LALL6003和LALL6004設(shè)定值時，所有鍋爐給水泵停車。該聯(lián)鎖設(shè)有超馳開關(guān)，需要時通過軟、硬開關(guān)共同作用生效。

2) 人工手動停機。可以使用機泵旁就地停車按鈕HS6009或者在DCS操作畫面上軟開關(guān)HS6010實現(xiàn)停機。

3) 機械故障跳車。來自ITCC的停車信號，當機組振動、位移、超速等達到高限時停機保護。

4) 開車操作。上述各停車條件都不存在，通過ITCC中滿足允許起動條件，隨后按下復(fù)位按鈕投用聯(lián)鎖后，點按現(xiàn)場操作按鈕起動電機運行。

5) 停車動作。機泵運行中，若出現(xiàn)停車因素之一時，SR觸發(fā)器被置位，觸發(fā)TP功能塊發(fā)出 2s 正脈沖將接點送MCC跳閘。

2.2.2聯(lián)鎖缺陷

由于程序設(shè)計中僅考慮到送MCC啟動和停止信號互為反向，各TP塊輸出送MCC的2s脈沖之后，該接點恢復(fù)到斷開狀態(tài)，即此后MCC無法辨別聯(lián)鎖的真實意圖。即使操作方面在沒有投用聯(lián)鎖的情況下，只要脫氧槽液位正常之后按下復(fù)位按鈕，仍可起動電機運行。

2.2.3邏輯改進

通過調(diào)查，MCC接受來自儀表控制的兩組接點用于電動機的合閘和分閘控制，它是利用電機綜合保護器來實現(xiàn)的。儀表的合閘、分閘信號由時長2s的脈沖觸發(fā)，當現(xiàn)場就地/遠程選擇開關(guān)在遠程位置，合閘接點閉合且分閘接點斷開，電機會通過操作按鈕起動運行；無論是在遠程還是就地狀態(tài)，只要分閘接點閉合，電機就會停運。這是從安全角度出發(fā)，設(shè)計成分閘優(yōu)先，即當兩接點同時閉合時保持停車結(jié)果。

依據(jù)控制程序的原理，利用MCC停車優(yōu)先的條件可修補原有程序的漏洞，即將送MCC分閘信號前的TP脈沖塊取消，只有聯(lián)鎖投運正常時才能起動電機，從而保證無論何時，一旦觸發(fā)聯(lián)鎖保護動作就一定能使電機停運。經(jīng)過修改程序并通過空載和聯(lián)動試驗，成功消除了原程序的缺陷。

3 透平轉(zhuǎn)速故障停機程序的改進

3.1現(xiàn)象

當裝置經(jīng)歷停車檢修之后啟動中壓鍋爐給水泵透平時，重復(fù)兩次在出現(xiàn)轉(zhuǎn)速后不久發(fā)生聯(lián)鎖保護跳車，報警信息提示“轉(zhuǎn)速探頭故障跳車”,當時相關(guān)數(shù)據(jù)的趨勢記錄如圖5所示。

圖5 趨勢記錄示意

圖5中轉(zhuǎn)速設(shè)定值(SV)按照程序設(shè)置的速率逐步接近目標轉(zhuǎn)速；調(diào)速閥的信號(MV)逐漸升高到一定值才能反映出轉(zhuǎn)速變化；實際轉(zhuǎn)速(PV)沖轉(zhuǎn)后應(yīng)跟隨設(shè)定轉(zhuǎn)速爬升。

由圖5可見，當啟動指令發(fā)出時，目標轉(zhuǎn)速從0跳變至500r/min，轉(zhuǎn)速設(shè)定值引導(dǎo)輸出值逐漸變大，調(diào)速閥達到一定開度后進入透平的蒸汽做功克服機械摩擦力使轉(zhuǎn)子運動，開始的轉(zhuǎn)速信號(約180r/min)超過了設(shè)定值，輸出隨即變小使得轉(zhuǎn)速回0后反復(fù)跳變。跳車時距離首次出現(xiàn)轉(zhuǎn)速僅 40s， 轉(zhuǎn)速還不到200r/min，且當時轉(zhuǎn)速指示并無異常，何以觸發(fā)聯(lián)鎖保護跳車呢？

3.2原因分析

3.2.1檢 查

由于連續(xù)兩次起動都以失敗告終，并且表現(xiàn)形式相同。首先檢查探頭有無問題,事實上停車期間探頭沒動，并且從鍵相探頭和超速保護“三取二”轉(zhuǎn)速探頭指示值都能夠證實調(diào)速器轉(zhuǎn)速探頭示值正確無誤。

通過進一步分析ITCC內(nèi)部程序也沒有修改過，調(diào)速系統(tǒng)唯一變化的是更換了調(diào)速閥的閥門定位器。把原安裝在閥體上的整體型電/氣定位器改裝成脫離閥體安裝的分體式閥門定位器，其目的是克服閥門振動和高溫對定位器的不利影響，以獲得更高的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)品質(zhì)。再次檢查閥門定位器動作正常，記錄曲線也證明閥門動作靈敏正常。

3.2.2程序分析

透平測速探頭使用的是無源磁性探頭(peak-up)，它不能像普通4～20mA信號的變送器那樣簡單地設(shè)置1個超出量程的閥值去定義變送器故障。測速探頭是無源的，無轉(zhuǎn)速條件下檢測回路內(nèi)既無電流，也無電壓，不好界定其是否存在故障。

當透平轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，測速探頭通過測速齒輪切割磁力線產(chǎn)生與實際轉(zhuǎn)速成正比的系列脈沖信號傳給ITCC，而脈沖的多少實際上也無法定義轉(zhuǎn)速探頭是否故障。程序中對測速探頭故障認定的方法是當測速探頭的指示值達到一定量之后，再發(fā)生轉(zhuǎn)速值下降至不可能出現(xiàn)的過低數(shù)值時，該機組設(shè)置高于200r/min激活測速探頭故障檢測功能，當示值小于100r/min時，即視為故障狀態(tài)。聯(lián)鎖邏輯中的功能塊如圖6所示。

圖6中，GE為數(shù)據(jù)比較模塊，當X≥Y時輸出為1；RS為復(fù)位優(yōu)先的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；SR為置位優(yōu)先的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；TOF為延時斷開功能模塊；SPD_SEL為轉(zhuǎn)速選擇處理模塊。

解讀設(shè)計邏輯，當機組運行模式大于2，即沖轉(zhuǎn)暖機及以后階段，選取兩個測速探頭輸入信號中的高值大于200r/min時，激活探頭故障檢測功能；若出現(xiàn)所有轉(zhuǎn)速都小于100r/min時即判定為探頭故障，同時以此發(fā)出跳車保護指令。

圖6 轉(zhuǎn)速探頭故障示意

3.2.3結(jié) 論

通過分析不難得到結(jié)論： 由于更換了定位器，新的定位器比舊的反應(yīng)更加靈敏，得到?jīng)_轉(zhuǎn)指令后很快有了轉(zhuǎn)速反應(yīng)，但這時轉(zhuǎn)速設(shè)定值還未達到200r/min，只能圍繞設(shè)定值跳變。當透平轉(zhuǎn)速一旦到達或者超過200r/min時，即啟動測速探頭故障監(jiān)測程序，此后發(fā)生的低于100r/min情況便觸發(fā)“測速探頭故障跳車”聯(lián)鎖動作。

3.3程序改進

通過修改觸發(fā)檢測測速探頭故障的閥值，脫離轉(zhuǎn)速變化跳變區(qū)，即可有效地避開可能引發(fā)跳車的區(qū)段。調(diào)出過去的升速曲線，發(fā)現(xiàn)當高于300r/min 以上時跳變就消失了。按照確定方案，把ITCC程序中設(shè)置的激活測速探頭故障檢測值由200r/min修改為300r/min。按修改后的程序，進行前述操作，有效地防止了不必要的跳車現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié)束語

綜合以上事例，表明初始編制的用戶程序難免會存在一些缺陷和不足。技術(shù)人員需結(jié)合設(shè)備運行條件及工況的實際要求，有針對性地對問題根源和程序細節(jié)加以研究并制訂出改進措施，使之逐步得到完善，能夠有效地保證機組設(shè)備在實際應(yīng)用場合的各種條件變化時都能夠?qū)崿F(xiàn)安全、穩(wěn)定運行。

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稿件收到日期： 2013-02-26。

韓平(1956—)，男，現(xiàn)就職于中海石油建滔化工有限公司電儀技術(shù)部，主要從事化工儀表自動化設(shè)備維護檢修工作，任工程師。

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