浙江能源伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司 張文華

利用CCS系統(tǒng)組態(tài)軟件提高機組操作安全的應(yīng)用

浙江能源伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司 張文華

伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司操作人員崗位編制精簡且操作經(jīng)驗不足，為了保障操作安全在關(guān)鍵設(shè)備壓縮機控制系統(tǒng)的設(shè)計實施階段，就做了充分考慮。為解決操作安全問題采用了CCS壓縮機組控制系統(tǒng)，通過對控制方案和組態(tài)方案的細節(jié)進行優(yōu)化，用程序和畫面腳本編寫，來防止錯誤操作；通過操作面板的優(yōu)化，機組過程報警的管理等方面來提高機組操作的安全。

CCS；壓縮機控制；組態(tài)軟件；聯(lián)鎖；操作面板；操作安全

1　引言

CCS系統(tǒng)英文全稱為Compressor Control System , 即壓縮機控制系統(tǒng)。它是根據(jù)壓縮機組的控制特點，在壓縮機組一體化控制的基礎(chǔ)上，突出了壓縮機控制，實現(xiàn)壓縮機的節(jié)能自動控制的系統(tǒng)。這是大型機組控制技術(shù)的進一步發(fā)展。

CCS系統(tǒng)卡件具有在線更換的功能，控制程序可以在線修改下裝，系統(tǒng)電源為冗余供電配置。系統(tǒng)硬件、軟件均通過 TüV AK6 級安全認證，是可靠的大型機組控制系統(tǒng)。CCS 主要控制包括機組的負荷調(diào)節(jié)、機組的防喘振控制、汽輪機的調(diào)速控制、機組內(nèi)部單元設(shè)備的控制、程序控制和聯(lián)鎖控制、機組內(nèi)部單元設(shè)備中的儀表和執(zhí)行機構(gòu)的顯示控制等?？梢酝ㄟ^CCS操作站對機組內(nèi)部單元設(shè)備進行遠程啟/停和操作, 也可以通過CCS操作站對機組內(nèi)部單元設(shè)備進行詳細的報警和監(jiān)控, 還可與主控制系統(tǒng)（DCS控制系統(tǒng)）進行數(shù)據(jù)通信。

伊犁新天煤化工公司是一個新建的企業(yè)，裝置是長周期不間斷運行，裝置機組的安全、平穩(wěn)運行是非常重要的，操作人員需要24小時連續(xù)操作，因此系統(tǒng)操作的安全可靠合理是保證裝置機組安全操作的條件。本文通過介紹康吉森CCS系統(tǒng)組態(tài)軟件實現(xiàn)壓縮機重要參數(shù)的控制、聯(lián)鎖保護、設(shè)備控制等，采用優(yōu)化操作面板、完善機組過程報警管理等功能提高了操作的安全性。

壓縮機是煤化工裝置的核心設(shè)備。目前各裝置機組的控制系統(tǒng)采用康吉森CCS系統(tǒng)，共計7套，以空分裝置的空壓機組系統(tǒng)為例，來說明利用CCS即壓縮機控制技術(shù)對空壓機、增壓機和驅(qū)動汽輪機的控制策略提升，提高機組安全操作的實現(xiàn)。

2　控制方案是安全操作的保障

大型空分裝置的空壓機控制方案比較復(fù)雜?？諌簷C組CCS系統(tǒng)的主要控制如下：

輔助系統(tǒng)控制主要包括：潤滑油系統(tǒng)的油壓控制、油溫控制、機泵控制。

汽輪機控制主要包括：開車升速順序控制、速度控制、末級噴淋閥的控制、 末級保護停車、 盤車電機控制、密封蒸汽控制、凝結(jié)水液位控制。

壓縮機控制主要包括：空壓機入口導(dǎo)葉控制、防喘振控制、出口壓力控制、加載和/卸載等。在緊急情況下，人的判斷和操作往往是滯后的、不可靠的，如果控制方案的操作復(fù)雜容易出現(xiàn)錯誤。為此我們采取了以下措施：

2.1控制方案在操作畫面上表述

要求組態(tài)人員在組態(tài)控制方案時考慮操作員的需求，將復(fù)雜的控制方案簡單明確地表述在操作畫面上，使操作人員能理解控制方案按照要求操作。

2.2投用自動控制減少操作風(fēng)險

控制回路如果能投用穩(wěn)定的自動控制來輔助操作，系統(tǒng)穩(wěn)定需要的操作少，也就降低操作風(fēng)險。

對這些控制回路的控制方案經(jīng)過了詳細論證和完善，比如速度控制依據(jù)壓縮機在開車過程中負荷隨轉(zhuǎn)速升高而變化的特點，按照升速階段分段設(shè)置不同參數(shù)使自動控制始終能投用。在機組試車期間，進行了投用試驗，通過制造干擾的方式調(diào)整控制參數(shù)使控制能適應(yīng)工藝參數(shù)波動的情況，使自動控制抗干擾能力提高，更穩(wěn)定。

2.3安全限制控制程序

在特殊工況下，工藝參數(shù)變化迅速，如果操作經(jīng)驗不強的操作人員很難應(yīng)對，安全限制程序可以起到很好的輔助操作作用。

空壓機CCS系統(tǒng)，采用了出口壓力高限制控制，當(dāng)出口壓力高于限制值時，限制控制器會快速打開卸壓放空閥使出口壓力回到正常范圍，在壓力低于限制值內(nèi)的波動卸壓放空閥不會誤打開。

防止超速控制，在壓縮機突然卸載時，壓縮機功率迅速減少，機組轉(zhuǎn)速會快速升高，為了防止超速發(fā)生，程序設(shè)計了防止超速功能，當(dāng)速度測量值高于設(shè)定值50轉(zhuǎn)時，程序會快速關(guān)小調(diào)速閥，使速度降低，當(dāng)速度測量值不高于設(shè)定值50轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)為PID自動控制。

2.4無擾動切換

無擾動切換對于自動控制操作非常重要，對于復(fù)雜控制回路如壓縮機性能控制，在出現(xiàn)波動大或異常時需要解除串及控制，這就要求組態(tài)方案是無擾動控制，無論什么狀態(tài)下，輸出都不能出現(xiàn)波動。

對于某些控制需要在開車初期在CCS上操作，裝置運行正常后需要在DCS上操作的回路，要考慮設(shè)定值和輸出值的相互跟蹤實現(xiàn)切換不出現(xiàn)擾動。

2.5儀表故障處理

CCS系統(tǒng)對每個模擬量回路做了變送器故障報警，第一時間提示操作員。對于自動控制回路，當(dāng)收到變送器故障信號時，解除自動控制，同時保持輸出不變，發(fā)出報警提示。

3　優(yōu)化操作畫面

3.1操作畫面布局

公共顯示區(qū)和畫面切換區(qū)，公共顯示是所有畫面都顯示的部分，包括:

（1）最新報警顯示：此處顯示最新產(chǎn)生的報警/事件信息，顏色為紅色，報警確認后該處報警信息也自動消失。報警消音按鈕：當(dāng)有報警發(fā)生時該按鈕上字體顏色變?yōu)榧t色，確認后變?yōu)楹谏?，點擊該按鈕可跳轉(zhuǎn)到報警顯示窗口。

（2）通訊指示：通信正常時兩綠燈交替閃爍，故障時兩燈停止閃爍。

（3）歷史報警按鈕：點擊歷史報警按鈕，監(jiān)控畫面切換為報警/事件詳細列表。

（4）登錄窗口：點擊彈出登錄窗口，登錄后登陸框中顯示登錄級別。所有操作的按鈕或輸入分為不同的權(quán)限，按照登陸用戶的權(quán)限設(shè)定了不同的操作范圍，防止了錯誤操作的可能。

（5）打印按鈕：點擊打印按鈕，打印機會將整個屏幕窗口拷貝打印到PDF文件或打印機上。

（6）畫面切換按鈕：點擊不同的按鈕顯示相應(yīng)的畫面。

（7）重要參數(shù)顯示：顯示整個機組中重要的參數(shù)，使操作人員始終能監(jiān)視這些參數(shù)，不會因為切換畫面而被覆蓋。

（8）監(jiān)控畫面：顯示畫面切換按鈕點擊后的相應(yīng)的畫面都在此處顯示。

（9）當(dāng)模擬量指示在不同狀態(tài)時顏色將發(fā)生不同變化。

3.2明確的操作顯示信息

詳細定義了參數(shù)顯示含義，如變量報警顏色，顯示數(shù)值位數(shù)，開關(guān)閥的顏色等在組態(tài)前都做了詳細規(guī)定。全廠每臺機組控制操作畫面都是統(tǒng)一的，為操作人員和維護人員提供方便。

3.3操作限制保護

對于數(shù)值輸入的操作如給定值輸入，設(shè)置有數(shù)值范圍限制，當(dāng)超過限制范圍時，不能輸入彈出提示窗口，防止了錯誤輸入造成的錯誤發(fā)生。

所有的開關(guān)按鈕操作都設(shè)有二次確認窗口，并有簡單的操作提示，防止操作失誤的發(fā)生。

3.4邏輯關(guān)系清晰的聯(lián)鎖停車畫面

空壓機組的停車聯(lián)鎖條件由汽機聯(lián)鎖、空壓機聯(lián)鎖和增壓機聯(lián)鎖三部分組成。所有停車聯(lián)鎖又分為延時跳車和非延時跳車兩種，前一種跳車延時一秒鐘用來壓縮機卸載，后一種直接跳車。為了保證機組在故障時能立即停機保護壓縮機，同時要考慮誤停車造成裝置停工的重大損失。CCS聯(lián)鎖操作畫面上，操作人員看到的是動態(tài)的邏輯關(guān)系，清晰明了。邏輯圖線條動態(tài)變色，正常為綠色，當(dāng)邏輯的條件達到報警值時，顯示黃色，用以提醒操作人員。當(dāng)達到聯(lián)鎖值時，顯示紅色。將下層的邏輯圖繪制到流程圖上，每個顯示點都來自下位程序，這樣每一次動作在聯(lián)鎖圖上顯示的就是實際的情況，不會引起上層和下層不一致的情況，從而提高了操作的安全可靠性。聯(lián)鎖條件的投用和切除及手動停機等的操作按鈕為了安全起見，操作時彈出對話框，經(jīng)過二次確認后再將結(jié)果送出。這樣，聯(lián)鎖邏輯圖比較清晰，操作人員不會誤操作，提高了操作人員的操作可靠性。

第一事故記錄，當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生后，在邏輯圖上顯示第一個觸發(fā)聯(lián)鎖的條件，方便操作人員快速找到事故原因，處理好后，快速恢復(fù)生產(chǎn)。

3.5控制操作畫面

控制操作畫面充分考慮了操作時要參考的信息，提高了操作的可靠性。如：機組啟動和速度控制畫面，將啟動順序邏輯實時數(shù)據(jù)曲線相關(guān)工藝參數(shù)顯示在一起，通過控制操作輸入和操作按鈕結(jié)合和調(diào)整工藝控制，操作信息明了，方便操作決策。

其他控制操作，最大可能的將操作決策信息放在控制操作畫面上，為操作人員正確決策和快速準確處理提供基礎(chǔ)條件。

4　完善報警管理

CCS系統(tǒng)的報警分為過程數(shù)據(jù)報警和系統(tǒng)報警。

系統(tǒng)報警是系統(tǒng)卡件和回路的硬件狀態(tài)報警，CCS系統(tǒng)的硬件由于是三重冗余的，一般都會在故障前會有明確的報警提示，留給用戶在線更換卡件或通過強制故障回路點后處理回路故障的時間。早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障是避免事故的關(guān)鍵。系統(tǒng)硬件狀態(tài)通過系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)編寫硬件報警邏輯，直接顯示在報警畫面上，編制通訊狀態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊報警。電源狀態(tài)和機柜風(fēng)扇狀態(tài)都在系統(tǒng)報警中顯示，提高了硬件的可靠使用。

過程數(shù)據(jù)報警是工藝參數(shù)出現(xiàn)了超出設(shè)計的正常條件，如測量值達到報警限定值，測量回路出現(xiàn)開路等，用于提醒操作人員，調(diào)整操作恢復(fù)到正常值。目前裝置都實行通崗操作，一個操作員同時監(jiān)控幾個崗位，在出現(xiàn)工藝波動混亂的情況下，報警過多，會造成操作人員來不及查看，不能分清重要的和一般的報警，耽誤寶貴的處理時機。在CCS系統(tǒng)組態(tài)時，對機組報警進行分類，將相互有關(guān)聯(lián)的參數(shù)為一組，按照參數(shù)重要性分等級，根據(jù)組態(tài)取出各個功能塊的報警標志。使用畫面腳本VB進行編程，一旦檢測到有報警信息，按照不同的級別和區(qū)域彈出報警窗口和操作提示，為操作人員及時發(fā)現(xiàn)報警和處理報警提供最好的輔助。

這樣進行組態(tài)，可以對報警進行有效的管理，操作人員迅速地找到報警點，有效地進行處理，大大提高了操作的安全可靠性。

5　完整的制操作記錄

通過下位程序和上位畫面的腳本編程，對每個操作站的每次控制操作都做了操作記錄。操作人員為此上崗時要登陸自己的操作密碼，以后的所有控制操作的內(nèi)容和時間都詳細記錄。通過操作記錄可以分析操作人員操作的合理性，為找到最佳操作方法提供了條件。

6　結(jié)語

煤化工工廠每次大的工藝波動或意外停車事故，都會造成很大的經(jīng)濟損失，操作人員沒有正確反應(yīng)或錯誤的操作是引起安全事故的重要原因。通過利用CCS系統(tǒng)的組態(tài)功能及上位畫面腳本編程有效地結(jié)合，精心進行組態(tài)，用程序自動防止操作失誤。操作面板的優(yōu)化及報警分類管理的實現(xiàn)，大大提高了操作質(zhì)量，避免誤操作的可能性，從而達到保障安全生產(chǎn)及保障經(jīng)濟效益的目的。

張文華（1967-），男，儀控高級工程師，現(xiàn)就職于浙江能源伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，任儀控部副經(jīng)理，主要研究方向為電廠與煤化工自動控制及控制系統(tǒng)優(yōu)化。