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風機安裝與維護
廠房降溫負壓風機ESD系統在催化裂化主風機工程改造中的應用
1. 改造的原因：
大港石化公司催化裂化主風機組從投入運行到2004年技術改造已經運行了將近10個年頭了，它是關系到催化裂化裝置穩定高效運行的關鍵設備，它的運行好壞也直接影響到處理量和經濟效益能否達到的重要因素。隨著時間的推移，主風機組配套的自控設備已經步入老化階段，部分儀表元器件已難以購到，同時原控制工程采用西門子、三菱PLC可編程控制器來完成機組自保、聯鎖以及軸流風機安全運行、逆流等控制。原PLC工程由于機組控制技術落后，控制方案交叉、復雜，采用多種控制器分別監控，不利于綜合控制和集中管理，盤裝儀表和接線端子老化嚴重，易發生機組的誤停車、誤跳車與誤報警，已不適應目前的大規模生產需要，給主風機組的平穩運行帶來困難，并且由于是常規儀表控制，沒有實時、歷史趨勢和報警記錄給故障的分析和解決帶來了較大的困難。因此，主風機組控制工程急需進行更新改造。
伴隨著計算機技術的發展，ESD工程的安全可靠性已經能夠滿足主風機組的安全控制和緊急停機聯鎖的要求，并使采用常規儀表監控無法實現的功能得以完成。因此，主風機組采用ESD工程可以有效的記錄主風機組的運行工況和操作過程，以及分析主風機組的不正常運行工況，為主風機組安全運行提供了有效的技術支持。ESD工程可以在卡件損壞的條件下在線更換維護，確保機組正常運行。ESD工程的這些功能若采用常規儀表監控是無法實現的。
2. 新工程的介紹：
主風機組改造采用的是美國TRICONEX公司的ESD工程。
2.1硬件上的特點：
TRICONEX公司的TS3000工程的核心是（TMR）結構的三重模件冗余容錯控制器。TRICON工程有三個處理器，數字量輸入信號在DI模件中被分成隔離的三路，通過三個獨立的通道分別被送到三個主處理器中進行三取二表決；經糾正任何偏差后的數據通過三條I/O總線被送到DO模件，并在DO模件硬件進行再次表決。同樣地模擬量輸入信號在AI模件中被分成隔離的三路，通過AI模塊上每一個分電路的模數轉換器把模擬量轉換成12位的數字量，用32位的協處理器進行處理，每個主處理器采用選取中間值的算法讀取正確值，并糾正任何分電路中的偏差，主處理器輸出的模擬量信號在AO模塊中的模擬輸出選擇器中進行選擇，以確保輸出信號的準確。
2.2軟件上的特點：
軟件基于WINNT環境的Tristation1131編程軟件，將聯鎖邏輯功能和包括逆流、安全運行控制等在內的調節功能集成于一個工程平臺上完成，實現了控制工程的高度可靠性、集成性及完整性。同時，配合Wonderware Intouch監控軟件，可以為用戶及操作人員提供良好人機界面，實現包括過程監控、操作、動態工作點顯示、報警記錄及歷史數據采集等功能。
3. 主風機組原控制工程簡介：
改造前主風機組陜鼓的軸流風機采用西門子PLC控制邏輯，防喘振邏輯存在于可編程調節器YS170中，煙機的聯鎖邏輯由三菱PLC控制，軸流風機的聯鎖信號有些送往煙機PLC，而煙機的聯鎖信號也有一些送給軸流風機PLC，兩套邏輯互相交叉。
主要有防喘振邏輯，逆流，安全運行，啟動邏輯，聯鎖邏輯，入口蝶閥控制，靜葉控制，煙機輪盤冷卻蒸汽控制等。
機組的軸振動，軸位移，轉速檢測采用BENTLY公司的3300系列產品，軸位移、轉速的聯鎖信號通過本特利3300二次表后的繼電器模件輸出。儀表盤上是各種盤裝二次表，可以顯示工藝需要的壓力、流量、溫度指示，同時還有停機按鈕、復位按鈕、試驗按鈕等操作按鈕，并且還有各種報警指示燈和運行狀態指示燈。
4. 主風機組改造前需要明確的幾項工作：
4.1儀表原有電纜利舊，保留本特利3300軸系儀表。
4.2盡量保持原操作方式的風格。
4.3強電設備和儀表控制弱電設備分開布置，聯鎖儀表接線端子分開布置。
4.4根據催化裝置主風機組的特點以及集中監控的需要，要求控制室可以100%監控機組運行工況。此次改造工程配備兩個操作站和一個工程師站，均能監控主風機組的運行，同時工程師站用于工程組態和日常維護使用。報警燈屏和試驗開關、按鈕安裝在輔助操作臺上。
4.5控制機柜仍設在控制室內，但需要玻璃墻與操作間隔離。機柜內安裝ESD工程的主機架、擴展機架，用于信號轉換的隔離柵，端子板等，本特利3300軸系儀表和狀態檢測主機S8000安裝在機柜內。
4.6工程供電采用兩路供電，即一路市電，另一路UPS。
4.7除輔助操作臺信號外，TS3000工程與電氣相連接的信號以及工程所有DO輸出信號通過中間繼電器隔離。
4.8催化DCS與TS3000之間的關鍵控制信號采用硬接線的方式控制，其他的工藝參數通過總線的形式傳輸。
4.9設置操作權限，聯鎖信號和影響啟動的信號加入軟切除。
5. 改造方案：
5.1老工程拆除和新工程安裝
由于此次改造電纜利舊，所以拆除盤裝儀表，在每一路接線端子處做線標，線標的準確與否直接關系到改造的成敗。由于老的接線端子的線標已經模糊，所以對照老的接線圖查找，不清楚的采取現場短接，室內測量導通的辦法來確定電纜的線標。同時還測量了每條電纜的絕緣電阻。新機柜的安裝采取整體吊裝，由于新來的機柜之間的電纜是在出廠時已經配好的，所以在吊裝時要嚴格避免機柜之間較勁，機柜固定在作好的支架上后，作好接地連接，一路是保護接地，一路是信號地。
5.2輸入輸出點的確定及分配
此次改造輸入輸出點即I/O的確定直接關系到ESD工程的硬件配備，以及組態點數和畫面的制作，同時要求每種信號卡件的備用點應該有15%裕量。
信號類型 點數 合計
主風機 增壓機 備機
AI 4-20mA 64 19 73 156
AO 4-20mA 8 1 6 15
DI 無源觸點 34 2 29 65
DO 繼電器隔離 29 4 28 61
表1主風機組輸入輸出點數
5.3工程說明：
5.3.1電源分配：
兩路220VAC供電，一路市電，一路UPS供電。
兩路直流24VDC電源，同時向各ETP供電，機柜內繼電器、溫度變送器、隔離柵用電由兩路直流電源經二極管選通后供電。
各操作臺下放置電源插座，給操作站供電。
5.3.2操作站和輔助臺：
本次改造設有一個工程師站和兩個操作員站。CRT安裝形式為鑲嵌安裝，主機安放在操作臺下部第二層合內，鍵盤、鼠標在操作臺面操作，操作臺內設風扇。
儀表輔助臺上設有急停按鈕四個：主風機緊急停車、主風機安全運行、1#備用風機緊急停車、2#備用風機緊急停車。功能按鈕為試驗報警燈和確認報警。報警燈屏18點。
5.3.3外圍儀表、設備與TRICON的關系：
溫度變送器MTL3073共83只，熱電偶4支，其余為熱電阻。輸出為4-20 mA電流進入3700A卡件。
轉速，位移信號由BENTLY3300輸出干接點進TS3000DI卡。參與機組聯鎖（7點），轉速、位移、振動模擬信號由BENTLY3300輸出4-20 mA信號進3700A卡件。計23點。
現場變送器所用電源由ETP供給。DCS來4-20 mA信號為有源信號。
煙機入口蝶閥閥位控制及蝶閥閥位指示設有MTL3046B隔離柵。
ESD送出DO點全部加繼電器隔離。
5.3.4通訊工程的構成：
TRICON配備雙NCM（4329通訊卡），各操作站PC機均配置雙網卡，TRICON通過兩根RJ45網線與操作站和工程師站連接。操作站和工程師站與控制柜間的通訊電纜長度為15米。從而保證NCM卡，通訊線路，PC機的冗余。通訊協議為TCP/IP。
TRICON與DCS的通訊，通過EICM的RS485 MODBUS協議進行通訊。
TRICON與S8000的通訊，通過EICM的RS232 MODBUS協議進行通訊。
5.3.5上位監控畫面組成:
此次改造上位監控軟件采用Wonderware Intouch監控軟件,共完成23個畫面:
工藝流程圖包括:三機組操作流程圖、三機組油工程、三機組/備機切換、1#備機操作流程圖、1#備機油工程、 2#備機操作流程圖、2#備機油工程、1#增壓機流程圖、 2#增壓機流程圖。
圖1三機組工藝流程圖
邏輯控制圖包括：三機組開機畫面、三機組聯鎖畫面1、三機組聯鎖畫面2、備機/增壓機聯鎖畫面、防喘振畫面。
圖2開機畫面
圖3聯鎖畫面
其他畫面包括：三機組設定值、備機/增壓機設定值、實時趨勢、歷史趨勢、報警歷史、軟報警燈屏畫面、工程維護畫面。
畫面的切換操作可以采用菜單驅動或圖形動態連接，操作人員只需對畫面操作就可以監控整個機組，操作簡單、方便。操作畫面顯示機組及其附屬設備的狀態，運行參數：壓力、溫度、流量、轉速、液位等的實時值。當工程正常時，顯示綠色，報警時顯示黃色，聯鎖時顯示紅色。全部被控參數在畫面中可以顯示每個被控參數點的量程、單位、實時值、設定值、手/自動操作狀態及操作輸出值。并同時顯示工程中出現報警或聯鎖的位號，名稱，發生的時間：年、月、日、時、分、秒，以及報警或聯鎖值。
5.3.6下位編程程序組成：
此次改造下位編程軟件采用基于WINNT環境的Tristation1131編程軟件。
主要的控制和邏輯程序包括：允許啟動程序、主風機聯鎖程序、風機逆流程序、風機安運程序、煙機輪盤冷卻蒸汽控制程序、煙機密封氣壓差控制程序、風機靜葉控制程序、煙機蝶閥聯鎖邏輯、自動操作邏輯、防喘振邏輯等。
5.4邏輯程序的改進：
5.4.1主風機聯鎖程序：
原來的聯鎖程序是由兩套PLC實現的，軸流風機采用西門子PLC，煙機采用三菱PLC，由于是兩套PLC，所以在實現聯鎖動作時，兩套PLC之間還要傳遞聯鎖信號，給故障的判斷和維護帶來困難。新的聯鎖邏輯將主風機聯鎖邏輯和煙機的聯鎖邏輯作到了一起，直觀清晰，即聯鎖原因各單元側為或門關系，即任意原因側動作，動作側均動作。同時在每一路的聯鎖信號上加了軟切除功能，在開機工程中和故障處理時起到了很大的作用，同時還有聯鎖信號的保持和復位功能。
5.4.2主風機開機條件：
新的開機條件作到了一起，直觀清晰，即開機條件側為與門關系，即全部原因側合格，動作側才合格。允許啟動后，啟動畫面彈出“煙機入口高溫閘閥允許開”，“主風靜葉解鎖”對話框。如果煙機轉速大于60RPM，啟動畫面彈出“盤車正常”“煙機入口蝶閥解鎖”。
5.4.3主風機啟動程序：
按照操作畫面指示，首先使主風聯鎖各原因側正常，按復位按鈕，使聯鎖復位
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2.2軟件上的特點：
軟件基于WINNT環境的Tristation1131編程軟件，將聯鎖邏輯功能和包括逆流、安全運行控制等在內的調節功能集成于一個工程平臺上完成，實現了控制工程的高度可靠性、集成性及完整性。同時，配合Wonderware Intouch監控軟件，可以為用戶及操作人員提供良好人機界面，實現包括過程監控、操作、動態工作點顯示、報警記錄及歷史數據采集等功能。
3. 主風機組原控制工程簡介：
改造前主風機組陜鼓的軸流風機采用西門子PLC控制邏輯，防喘振邏輯存在于可編程調節器YS170中，煙機的聯鎖邏輯由三菱PLC控制，軸流風機的聯鎖信號有些送往煙機PLC，而煙機的聯鎖信號也有一些送給軸流風機PLC，兩套邏輯互相交叉。
主要有防喘振邏輯，逆流，安全運行，啟動邏輯，聯鎖邏輯，入口蝶閥控制，靜葉控制，煙機輪盤冷卻蒸汽控制等。
機組的軸振動，軸位移，轉速檢測采用BENTLY公司的3300系列產品，軸位移、轉速的聯鎖信號通過本特利3300二次表后的繼電器模件輸出。儀表盤上是各種盤裝二次表，可以顯示工藝需要的壓力、流量、溫度指示，同時還有停機按鈕、復位按鈕、試驗按鈕等操作按鈕，并且還有各種報警指示燈和運行狀態指示燈。
4. 主風機組改造前需要明確的幾項工作：
4.1儀表原有電纜利舊，保留本特利3300軸系儀表。
4.2盡量保持原操作方式的風格。
4.3強電設備和儀表控制弱電設備分開布置，聯鎖儀表接線端子分開布置。
4.4根據催化裝置主風機組的特點以及集中監控的需要，要求控制室可以100%監控機組運行工況。此次改造工程配備兩個操作站和一個工程師站，均能監控主風機組的運行，同時工程師站用于工程組態和日常維護使用。報警燈屏和試驗開關、按鈕安裝在輔助操作臺上。
4.5控制機柜仍設在控制室內，但需要玻璃墻與操作間隔離。機柜內安裝ESD工程的主機架、擴展機架，用于信號轉換的隔離柵，端子板等，本特利3300軸系儀表和狀態檢測主機S8000安裝在機柜內。
4.6工程供電采用兩路供電，即一路市電，另一路UPS。
4.7除輔助操作臺信號外，TS3000工程與電氣相連接的信號以及工程所有DO輸出信號通過中間繼電器隔離。
4.8催化DCS與TS3000之間的關鍵控制信號采用硬接線的方式控制，其他的工藝參數通過總線的形式傳輸。
4.9設置操作權限，聯鎖信號和影響啟動的信號加入軟切除。
5. 改造方案：
5.1老工程拆除和新工程安裝
由于此次改造電纜利舊，所以拆除盤裝儀表，在每一路接線端子處做線標，線標的準確與否直接關系到改造的成敗。由于老的接線端子的線標已經模糊，所以對照老的接線圖查找，不清楚的采取現場短接，室內測量導通的辦法來確定電纜的線標。同時還測量了每條電纜的絕緣電阻。新機柜的安裝采取整體吊裝，由于新來的機柜之間的電纜是在出廠時已經配好的，所以在吊裝時要嚴格避免機柜之間較勁，機柜固定在作好的支架上后，作好接地連接，一路是保護接地，一路是信號地。
5.2輸入輸出點的確定及分配
此次改造輸入輸出點即I/O的確定直接關系到ESD工程的硬件配備，以及組態點數和畫面的制作，同時要求每種信號卡件的備用點應該有15%裕量。
信號類型 點數 合計
主風機 增壓機 備機
AI 4-20mA 64 19 73 156
AO 4-20mA 8 1 6 15
DI 無源觸點 34 2 29 65
DO 繼電器隔離 29 4 28 61
表1主風機組輸入輸出點數
5.3工程說明：
5.3.1電源分配：
兩路220VAC供電，一路市電，一路UPS供電。
兩路直流24VDC電源，同時向各ETP供電，機柜內繼電器、溫度變送器、隔離柵用電由兩路直流電源經二極管選通后供電。
各操作臺下放置電源插座，給操作站供電。
5.3.2操作站和輔助臺：
本次改造設有一個工程師站和兩個操作員站。CRT安裝形式為鑲嵌安裝，主機安放在操作臺下部第二層合內，鍵盤、鼠標在操作臺面操作，操作臺內設風扇。
儀表輔助臺上設有急停按鈕四個：主風機緊急停車、主風機安全運行、1#備用風機緊急停車、2#備用風機緊急停車。功能按鈕為試驗報警燈和確認報警。報警燈屏18點。
5.3.3外圍儀表、設備與TRICON的關系：
溫度變送器MTL3073共83只，熱電偶4支，其余為熱電阻。輸出為4-20 mA電流進入3700A卡件。
轉速，位移信號由BENTLY3300輸出干接點進TS3000DI卡。參與機組聯鎖（7點），轉速、位移、振動模擬信號由BENTLY3300輸出4-20 mA信號進3700A卡件。計23點。
現場變送器所用電源由ETP供給。DCS來4-20 mA信號為有源信號。
煙機入口蝶閥閥位控制及蝶閥閥位指示設有MTL3046B隔離柵。
ESD送出DO點全部加繼電器隔離。
5.3.4通訊工程的構成：
TRICON配備雙NCM（4329通訊卡），各操作站PC機均配置雙網卡，TRICON通過兩根RJ45網線與操作站和工程師站連接。操作站和工程師站與控制柜間的通訊電纜長度為15米。從而保證NCM卡，通訊線路，PC機的冗余。通訊協議為TCP/IP。
TRICON與DCS的通訊，通過EICM的RS485 MODBUS協議進行通訊。
TRICON與S8000的通訊，通過EICM的RS232 MODBUS協議進行通訊。
5.3.5上位監控畫面組成:
此次改造上位監控軟件采用Wonderware Intouch監控軟件,共完成23個畫面:
工藝流程圖包括:三機組操作流程圖、三機組油工程、三機組/備機切換、1#備機操作流程圖、1#備機油工程、 2#備機操作流程圖、2#備機油工程、1#增壓機流程圖、 2#增壓機流程圖。
圖1三機組工藝流程圖
邏輯控制圖包括：三機組開機畫面、三機組聯鎖畫面1、三機組聯鎖畫面2、備機/增壓機聯鎖畫面、防喘振畫面。
圖2開機畫面
圖3聯鎖畫面
其他畫面包括：三機組設定值、備機/增壓機設定值、實時趨勢、歷史趨勢、報警歷史、軟報警燈屏畫面、工程維護畫面。
畫面的切換操作可以采用菜單驅動或圖形動態連接，操作人員只需對畫面操作就可以監控整個機組，操作簡單、方便。操作畫面顯示機組及其附屬設備的狀態，運行參數：壓力、溫度、流量、轉速、液位等的實時值。當工程正常時，顯示綠色，報警時顯示黃色，聯鎖時顯示紅色。全部被控參數在畫面中可以顯示每個被控參數點的量程、單位、實時值、設定值、手/自動操作狀態及操作輸出值。并同時顯示工程中出現報警或聯鎖的位號，名稱，發生的時間：年、月、日、時、分、秒，以及報警或聯鎖值。
5.3.6下位編程程序組成：
此次改造下位編程軟件采用基于WINNT環境的Tristation1131編程軟件。
主要的控制和邏輯程序包括：允許啟動程序、主風機聯鎖程序、風機逆流程序、風機安運程序、煙機輪盤冷卻蒸汽控制程序、煙機密封氣壓差控制程序、風機靜葉控制程序、煙機蝶閥聯鎖邏輯、自動操作邏輯、防喘振邏輯等。
5.4邏輯程序的改進：
5.4.1主風機聯鎖程序：
原來的聯鎖程序是由兩套PLC實現的，軸流風機采用西門子PLC，煙機采用三菱PLC，由于是兩套PLC，所以在實現聯鎖動作時，兩套PLC之間還要傳遞聯鎖信號，給故障的判斷和維護帶來困難。新的聯鎖邏輯將主風機聯鎖邏輯和煙機的聯鎖邏輯作到了一起，直觀清晰，即聯鎖原因各單元側為或門關系，即任意原因側動作，動作側均動作。同時在每一路的聯鎖信號上加了軟切除功能，在開機工程中和故障處理時起到了很大的作用，同時還有聯鎖信號的保持和復位功能。
5.4.2主風機開機條件：
新的開機條件作到了一起，直觀清晰，即開機條件側為與門關系，即全部原因側合格，動作側才合格。允許啟動后，啟動畫面彈出“煙機入口高溫閘閥允許開”，“主風靜葉解鎖”對話框。如果煙機轉速大于60RPM，啟動畫面彈出“盤車正常”“煙機入口蝶閥解鎖”。
5.4.3主風機啟動程序：
按照操作畫面指示，首先使主風聯鎖各原因側正常，按復位按鈕，使聯鎖復位
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