引言

云南云天化股份有限公司紅磷分公司 8 萬噸合成氨裝置冷凍工段有 5 臺螺桿式冰機，其作用是把從精煉、合成崗位氨冷器過來的氣氨再變為液氨后作制冷劑循環使用，是合成氨裝置平穩運行的主要設備。每臺冰機的儀表聯鎖邏輯及聯鎖元件是隨機帶來的，但從冰機投用至今，聯鎖回路存在的問題就困擾著正常的運行維護。

 

1 冰機儀表聯鎖回路存在的問題及解決思路

1． 1 存在的問題

1) 儀表聯鎖部分的檢測元件采用機械式的壓力、溫度控制器，其精度低，回差大; 安裝不合理，現

場震動大、腐蝕嚴重、油污等經常使正常運行的冰機誤跳。

2) 儀表聯鎖元件、回路的電源及信號與電氣聯鎖互連互串，當冰機跳停時電氣、儀表維護人員要在現場及配電室間來回查找故障點，常常產生扯皮現象。

3) 聯鎖回路的邏輯運算元件采用繼電器，由于腐蝕等原因也常出現誤動作; 缺少相應的指示燈及自保持措施，操作人員得不到及時的報警信息，冰機跳停時查找原因及故障點困難。

4) 運行冰機的非正常跳停對工藝生產的影響很大，易產生連鎖反應，出現安全隱患; 冰機運行過程中的工藝參數無法上傳及顯示。

 

1． 2 解決方案

1) 選用易于維護、穩定可靠、適應冰機腐蝕性現場環境的測量儀表，徹底地解決機械式聯鎖元件存在的先天不足，確保聯鎖回路中一次發信元件測量的準確、穩定及可靠。

2) 減少儀表與電氣接連耦合性，每臺冰機儀表聯鎖動作跳車信號通過隔離繼電器后與電氣連接，并設置聯鎖解除/投入開關，通過相應的指示燈及自保持措施，使故障及跳停條件一目了然，減少故障的查找時間。

 

3) 信號直接進入 DCS 系統或是采用 PLC 等方式完成，現場獨立控制后以通信方式與 DCS 系統實現集成。

 

2 方案設計

2． 1 冰機運行參數儀表測量點

合成氨分廠冷凍工段共有冰機 5 臺，其中 1 ～4#冰機型號相同，測量點及聯鎖邏輯相同。5 臺冰機共有信號測量點 36 點，如表 1 所示。

2． 2 壓力測量元件的選擇

隨著公司設備管理的提升，當設備出現聯鎖動作跳停時，人們不僅關心是哪一點達到聯鎖值觸發了跳車信號，還要通過測量點的歷史記錄曲線分析，了解設備的運行情況從而采取相應措施。從公司現有的應用經驗看，優先選用壓力變送器或電子壓力開關［1］。2 種壓力檢測儀表都具有較高的測量精度、現場指示和信號遠傳功能。如果不考慮多套控制系統的通信集成和過程模擬量的趨勢記錄，選用電子壓力開關可以省去所有的中間轉換單元儀表，減少維護量和降低投資成本，但這種系統結構限制了通信功能的擴展，不符合公司信息化建設要求。選用 Ｒosemount3051 壓力變送器的優點［2］: 標準4 ～ 20 mA 模擬信號輸出，可滿足連續監測的要求; 在惡劣環境中運行的可靠性更高，統一的過程和電氣接口具有良好的互換性; 維護人員熟悉并掌握其性能; 缺點是相對于電子壓力開關而言其價格偏高。綜合考慮選用 3051壓力變送器。

 

2． 3 溫度測量方式

選用鎧裝熱電阻 + 溫度變送器的方式，有效避免振動及干擾帶來的影響［3］。

 

2． 4 運算控制單元的選擇

聯合工段的控制系統采用愛默生的 DeltaV 系統，如直接上 DCS 系統則面臨的問題是: 機柜室擁擠狹小的空間已不宜再進電纜，需要放較長的電纜，系統的 I/O 點余量已不多，現場操作室配置監控操作電腦，而對于冰機的運行來說操作人員只是通過機械操作進行負荷的加減，此外冰機所有信號直接上 DCS 系統可能會引入干擾等危害系統的因素，因此對于冰機這樣單臺獨立運行的設備來說不是優選方案; 選擇專用控制器，運用較為簡單，但價格高，不夠靈活且受限于廠商; 采用 PLC 的方式，每臺冰機用一臺 PLC 進行數據采集、運算與控制，故障獨立不相互影響，利用 PLC 的通信端口實現現場集中顯示或與 DCS 系統通信集成。根據公司的情況優選西門子 S7 － 200 型 PLC( CPU 226 CN DC /DC /DC)+ EM231 四路模擬量輸入擴展模塊的方式。

 

2． 5 S7 －200 型 PLC

PLC( 可編程邏輯控制器) 是一種專為工業環境應用而設計制造、但不針對某一具體工業應用、是一種用程序來改變控制功能的工業控制計算機，在實際應用時其硬件需要進行選配并按控制要求進行軟件的設計編制。S7 － 200 型 PLC( CPU226 CN) 的特點［4］: 無論是獨立運行還是組成網絡均能實現復雜控制功能，具有較高的可靠性及性價比; 226 CN 本機集成 24 路 DI 及 16 路 DO，可連接 7 個擴展模塊，較大擴展至 248 路數字量 I/O 點或 35 路 模 擬 量 I/O 點; 2 個 ＲS485 通 信 /編 程 接口，具有 PPI 通信協議、MPI 通信協議和自由方式通信能力，通過本機的 POＲT0 端口可以 Modbus 串行通信的方式與 DeltaV 系統集成，POＲT1 可連接西門子的 TD 文本顯示器實現現場的人機交互，從而實現現場的獨立控制運行與上位系統的集成，可擴展通信模塊實現 DP、以太網通信與連接; 豐富的指令集、便捷的操作使維護人員易于掌握; 在方案中通過擴展連接 EM231( 4 路輸入) 模塊實現壓力、溫度模擬信號的采集并轉換成供 PLC 內部處理用的數字信號。

 

3 方案實施及應用效果

3． 1 現場儀表柜

5 臺冰機的儀表聯鎖元件集成在一個現場儀表柜內，1#，2#冰機共用一塊 PLC，3#，4#冰機共用一塊PLC，5#冰機單獨用一塊 PLC，面板上具有相應的操作開關及指示燈，如圖 1 所示。

現場儀表柜在制作時就充分考慮了環境適應性［5］: 采用不銹鋼制作，底座具有良好的抗振性及接地; 柜內通入壓縮空氣，相對柜外保持微正壓，有效阻止了腐蝕性氣體及粉塵的侵入，為柜內元件穩定、長周期運行提供了保證。

 

3． 2 PLC 控制程序設計

PLC 控制程序以冰機說明書給出的電氣聯鎖關系為依據，結合多年來對冰機運行維護的經驗并充分考慮操作的合理性進行優化設計。

 

3． 2． 1 主程序

網絡 1: 首次掃描時，調用子程序對擴展塊進行檢測

網絡 2: 如果擴展模塊有錯誤存在，則停止采樣，當然也就不讓電氣控制箱獲得允許開車的信號( 冰機無法啟動) ，儀表維護人員可以從 Q1． 6 和Q1． 7 的指示燈的明滅來判斷故障出在 PLC 內還是PLC 外。

3． 2． 2 子程序一

網絡 1: 初始化并對擴展模塊進行檢測，盡可能地避免冰機啟動后又跳停或冰機根本不能啟動，把不能啟動的原因及時反映出來。檢查擴展模塊是否存在，若不存在則置 Q1． 6 = 1。

網絡 2: 檢查擴展模塊是否有錯誤，檢查電源是否正常，若有錯誤則置 Q1． 7 = 1

3． 2． 3 子程序二的特點

1) 程序設計具有軟件濾波功能。首先要判斷輸入是否在正常的范圍內，當達到聯鎖條件時判斷是不是真的達到聯鎖條件，如是真的聯鎖才動作，有效防止了因斷線、短路、突然抖動或干擾引起的跳停，如稀油站油壓低于 0． 1 MPa 時驅動報警，在 30 s內不能恢復則跳停冰機或禁止冰機啟動。

2) 溫度部分的程序設有斷偶保護及配電器故障保護，當溫度出現不規律的亂跳及跑較大時不會使冰機跳停，只有相應的報警提示，配電器或溫變出現故障時，不會引起冰機跳停，但仍有報警提示。

3) 當聯鎖投入時，只要參與聯鎖的任何一點真正達到聯鎖值，冰機延時 7 s 跳停，對應的指示燈點亮，操作工和儀表維護人員可以從控制柜面板上的指示燈上判斷故障來源，如果故障不消除或消除后不按復位按鈕，冰機依舊不能啟動。

 

3． 4 改造后的應用效果

5 臺冰機的儀表聯鎖系統在 2015 年 5 月完成改造并投用。壓力變送器、鎧裝溫度元件、溫度變送器、PLC 及充分考慮振動、干擾、腐蝕等環境因素的綜合方案，加上優化的程序設計如溫度壓力測量的斷線保護、擴展模塊故障檢測及指示功能等，使改造后的冰機儀表聯鎖系統具有了很高的安全性、可靠性、易操作性和可維護性。投用后儀表聯鎖系統運行正常，動作準確、可靠，未發生過誤動、拒動，故障一目了然，當冰機發生聯鎖跳停時，操作人員根據指示燈確認故障，如是工藝原因則處理正常后復位聯鎖自鎖開關按正常操作程序啟動冰機; 電氣、儀表查找故障時把聯鎖開關打到解除位置，獨立查找各自的故障點，改變了改造前一旦發生聯鎖跳停時儀表、電氣、工藝、設備等幾方人員到場但問題仍得不到及時解決的尷尬局面。

 

4 結語

聯鎖回路及系統一直以來是公司運行維護中的軟肋，而冰機儀表聯鎖系統在總結了多年運行維護經驗的基礎上，從一次發信元件、系統結構、環境適應性及抗干擾性等方面進行了優化設計，使改造后的聯鎖系統具備了很高的安全性、可靠性及可維護性，保證了裝置長周期運行的需要。

 

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