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

文檔作者：張文華文檔來(lái)源：浙江能源集團(tuán)伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月05日
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通用機(jī)械54
石油/化工通用機(jī)械
GM in Petroleum &amp;amp; Chemical Industry
利用CCS系統(tǒng)組態(tài)軟件提高機(jī)組
操作安全的應(yīng)用
浙江能源集團(tuán)伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司 （新疆 835000） 張文華
【摘 要】針對(duì)伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司針
對(duì)操作人員崗位編制精簡(jiǎn)和操作經(jīng)驗(yàn)的不足，為了保障
操作安全在關(guān)鍵設(shè)備壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施階段，
就做了充分考慮。為解決操作安全問(wèn)題采用了CCS壓縮
機(jī)組控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)控制方案的優(yōu)化和通過(guò)組態(tài)方案
的細(xì)節(jié)上用程序和畫面腳本編寫防止錯(cuò)誤操作的限制；
通過(guò)操作面板的優(yōu)化，機(jī)組過(guò)程報(bào)警的管理等方面來(lái)提
高機(jī)組操作的安全性。
【關(guān)鍵詞】CCS 壓縮機(jī)控制組態(tài)軟件 聯(lián)
鎖操作面板 操作安全
一、前言
CCS系統(tǒng)英文全稱為Compressor Control System，
即壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。它是根據(jù)壓縮機(jī)組的控制特點(diǎn)，在
壓縮機(jī)組一體化控制的基礎(chǔ)上，突出了壓縮機(jī)控制，實(shí)
現(xiàn)壓縮機(jī)的節(jié)能自動(dòng)控制的系統(tǒng)，是大型機(jī)組控制技術(shù)
的進(jìn)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(guò) TUVAK6 級(jí)安全認(rèn)證，是可靠的大型機(jī)組
控制系統(tǒng)。CCS 主要控制包括機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)，機(jī)組
的防喘振控制，汽輪機(jī)的調(diào)速控制，機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)
備的控制、程序控制和聯(lián)鎖控制, 機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備中
的儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的顯示控制等?？梢酝ㄟ^(guò)CCS 操作
站對(duì)機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程起停和操作, 也可以通
過(guò)CCS 操作站對(duì)機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的報(bào)警和
監(jiān)控, 還可與主控制系統(tǒng) ( DCS 控制系統(tǒng)) 進(jìn)行數(shù)據(jù)通
信。CCS 與 DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 CCS 與 DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意
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作，系統(tǒng)會(huì)穩(wěn)定需要的操作少，也就降低操作風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)這些控制回路的控制方案經(jīng)過(guò)了詳細(xì)論證和完
善，比如速度控制依據(jù)壓縮機(jī)在開(kāi)車過(guò)程中負(fù)荷隨轉(zhuǎn)速
升高而變化的特點(diǎn)，按照升速階段分段設(shè)置不同參數(shù)使
自動(dòng)控制始終能投用。在機(jī)組試車期間，進(jìn)行了投用試
驗(yàn)，通過(guò)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(dòng)的情況，使自動(dòng)控制抗干擾能力提高，更穩(wěn)
定。
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(yàn)不豐富的操作人員很難應(yīng)對(duì)，安全限制程序可以起到
很好的輔助操作作用。
空壓機(jī)CCS系統(tǒng)，采用了出口壓力高限控制，當(dāng)出
口壓力高于限制值時(shí)，限制控制器會(huì)快速打開(kāi)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(dòng)卸壓放空閥不會(huì)誤打開(kāi)。
防止超速控制，在壓縮機(jī)突然卸載時(shí)，壓縮機(jī)功
率迅速減少，機(jī)組轉(zhuǎn)速會(huì)快速升高，為了防止超速發(fā)
生，程序設(shè)計(jì)了防止超速功能，當(dāng)速度測(cè)量值高于設(shè)定
值50r/min時(shí)，程序會(huì)快速關(guān)小調(diào)速閥，使速度降低，
當(dāng)速度測(cè)量值不高于設(shè)定值50時(shí)，轉(zhuǎn)為PID自動(dòng)控制。
4. 無(wú)擾動(dòng)切換
無(wú)擾動(dòng)切換對(duì)于自動(dòng)控制操作非常重要，對(duì)于復(fù)
雜控制回路如壓縮機(jī)性能控制，在出現(xiàn)波動(dòng)大或異常時(shí)
需要解除串聯(lián)控制，這就要求組態(tài)方案是無(wú)擾動(dòng)控制，
無(wú)論什么狀態(tài)下，輸出都不能出現(xiàn)波動(dòng)。
對(duì)于某些控制需要在開(kāi)車初期在CCS上操作，裝置
運(yùn)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(shí)現(xiàn)切換不出現(xiàn)擾動(dòng)。
5. 儀表故障處理
系統(tǒng)儀表都采用的智能變送器，具有當(dāng)變送器故
障時(shí)輸出能直接到故障值。CCS系統(tǒng)對(duì)每個(gè)模擬量回路
做了變送器故障報(bào)警，第一時(shí)間提示操作員。對(duì)于自動(dòng)
控制回路，當(dāng)收到變送器故障信號(hào)時(shí)，解除自動(dòng)控制，
同時(shí)保持輸出不變，發(fā)出報(bào)警提示。
三、優(yōu)化操作畫面
1. 操作畫面布局
操作畫面有公共顯示區(qū)和畫面切換區(qū)，公共顯示
是所有畫面都顯示的部分，包括以下內(nèi)容（見(jiàn)圖3）。
伊犁新天煤化工公司是一個(gè)新建的企業(yè)，裝置是
長(zhǎng)周期不間斷運(yùn)行，裝置機(jī)組的安全、平穩(wěn)運(yùn)行是非常
重要的，操作人員需要24h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(jī)組安全操作的條件。本文通
過(guò)介紹康吉森CCS系統(tǒng)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)重要參數(shù)的
控制、聯(lián)鎖保護(hù)、設(shè)備控制等，采用優(yōu)化操作面板、完
善機(jī)組過(guò)程報(bào)警管理等功能提高了操作的安全性。
壓縮機(jī)是煤化工裝置的核心設(shè)備。目前各裝置機(jī)
組的控制系統(tǒng)采用康吉森CCS系統(tǒng)，共計(jì)7套，以空分
裝置的空壓機(jī)組系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明利用CCS即壓縮機(jī)控
制技術(shù)對(duì)空壓機(jī)、增壓機(jī)和驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的控制策略提
升，提高機(jī)組安全操作的實(shí)現(xiàn)。
二、控制方案是安全操作的保障
大型空分裝置的空壓機(jī)控制方案比較復(fù)雜，空壓
機(jī)組CCS系統(tǒng)的主要控制如下。
（1）輔助系統(tǒng)控制主要包括：潤(rùn)滑油系統(tǒng)的油
壓控制、油溫控制、機(jī)泵控制。
（2）汽輪機(jī)控制主要包括：開(kāi)車升速順序控
制、速度控制、末級(jí)噴淋閥的控制、末級(jí)保護(hù)停車、
盤車電動(dòng)機(jī)控制、密封蒸汽控制以及凝結(jié)水液位控制。
（3）壓縮機(jī)控制主要包括：空壓機(jī)入口導(dǎo)葉控
制、防喘振控制、出口壓力控制以及加載/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(cuò)誤。為
此采取了以下措施。
1. 控制方案在操作畫面上表述
這就要求組態(tài)人員在組態(tài)控制方案時(shí)考慮操作員
的需求，將復(fù)雜的控制方案簡(jiǎn)單明確地表述在操作畫面
上，使操作人員能理解控制方案，并按照其操作。如圖
2所示。
圖2 控制方案畫面
2. 投用自動(dòng)控制減少操作風(fēng)險(xiǎn)
控制回路如果能投用穩(wěn)定的自動(dòng)控制來(lái)輔助操
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圖3 操作畫面布局
1）最新報(bào)警顯示：此處顯示最新產(chǎn)生的報(bào)警/事件
信息，顏色為紅色，報(bào)警確認(rèn)后該處報(bào)警信息也自動(dòng)消
失。報(bào)警消音按鈕：當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)該按鈕上字體顏色
為紅色，確認(rèn)后變?yōu)楹谏?，單擊該按鈕可跳轉(zhuǎn)到報(bào)警顯
示窗口。
2）通信指示：通信正常時(shí)兩綠燈交替閃爍，故障
時(shí)兩燈停止閃爍。
3）歷史報(bào)警按鈕：?jiǎn)螕魵v史報(bào)警按鈕，監(jiān)控畫面
切換為報(bào)警/事件詳細(xì)列表。
4）登錄窗口：?jiǎn)螕魪棾龅卿洿翱冢卿浐蟮卿浛?
中顯示登錄級(jí)別。所有操作的按鈕或輸入分為不同的權(quán)
限，按照登錄用戶的權(quán)限設(shè)定了不同的操作范圍，防止
了錯(cuò)誤操作的可能。
5）打印按鈕：?jiǎn)螕舸蛴“粹o，打印機(jī)會(huì)將整個(gè)屏
幕窗口復(fù)制打印到PDF文件或打印機(jī)上。
6）畫面切換按鈕：?jiǎn)螕舨煌陌粹o顯示相應(yīng)的畫
面。
7）重要參數(shù)顯示：顯示整個(gè)機(jī)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(huì)因?yàn)榍袚Q畫面而
被覆蓋。
8）監(jiān)控畫面：顯示畫面切換按鈕單擊后的相應(yīng)的
畫面都在此處顯示。
9）模擬量顯示：當(dāng)模擬量指示在不同狀態(tài)時(shí)顏色
將發(fā)生不同變化。
2. 明確的操作顯示信息
如圖4所示，詳細(xì)定義了參數(shù)顯示含義，如變量報(bào)
警顏色，顯示數(shù)值位數(shù)，開(kāi)關(guān)閥的顏色等在組態(tài)前都做
了詳細(xì)規(guī)定。全廠每臺(tái)機(jī)組控制操作畫面都是統(tǒng)一的，
為操作人員和維護(hù)人員提供了方便。
圖4 操作顯示信息
3. 操作限制保護(hù)
對(duì)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(guò)限制范圍時(shí)不能輸入，彈出提示窗
口，如圖5所示。防止了錯(cuò)誤輸入造成的錯(cuò)誤發(fā)生。
所有的開(kāi)關(guān)按鈕操作都設(shè)有兩次確認(rèn)窗口，并有
簡(jiǎn)單的操作提示，防止操作失誤的發(fā)生。
圖5 錯(cuò)誤提示窗口
4. 邏輯關(guān)系清晰的聯(lián)鎖停車畫面
空壓機(jī)組的停車聯(lián)鎖條件由汽機(jī)聯(lián)鎖、空壓機(jī)聯(lián)
鎖和增壓機(jī)聯(lián)鎖三部分組成。所有停車聯(lián)鎖又分為延時(shí)
跳車和非延時(shí)跳車兩種，前一種跳車延時(shí)1s用來(lái)壓縮機(jī)
卸載，后一種直接跳車。為了保證機(jī)組在故障時(shí)能立即
停機(jī)保護(hù)壓縮機(jī)，同時(shí)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(dòng)態(tài)
的邏輯關(guān)系，清晰明了。邏輯圖線條動(dòng)態(tài)變色，正常為
綠色，當(dāng)邏輯的條件達(dá)到報(bào)警值時(shí)，顯示黃色，用以提
醒操作人員。當(dāng)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，顯示紅色。將下層的邏
輯圖繪制到流程圖上，每個(gè)顯示點(diǎn)都來(lái)自下位程序，這
樣每一次動(dòng)作在聯(lián)鎖圖上顯示的就是實(shí)際的情況，不會(huì)
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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(dòng)停機(jī)等的操作按
鈕為了安全起見(jiàn)，操作時(shí)彈出對(duì)話框，經(jīng)過(guò)二次確認(rèn)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(huì)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(gè)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)。聯(lián)鎖圖如圖6所示。
圖6 連鎖圖
5. 控制操作畫面
控制操作畫面充分考慮了操作時(shí)要參考的信息，
提高了操作的可靠性。如：機(jī)組起動(dòng)和速度控制畫面，
將起動(dòng)順序邏輯實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線相關(guān)工藝參數(shù)顯示在一
起，通過(guò)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。如圖7所示。
圖7 控制操作畫面
其他控制操作，最大可能地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(zhǔn)確處理
提供基礎(chǔ)條件。
四、完善報(bào)警管理
CCS系統(tǒng)的報(bào)警分為過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警。系
統(tǒng)報(bào)警是系統(tǒng)卡件和回路的硬件狀態(tài)報(bào)警，CCS系統(tǒng)的
硬件由于是三重冗余的，一般都會(huì)在故障前有明確的報(bào)
警提示，留給用戶在線更換卡件或通過(guò)強(qiáng)制故障回路點(diǎn)
后處理回路故障的時(shí)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(guò)系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)編寫硬件報(bào)警邏
輯，直接顯示在報(bào)警畫面上，編制通信狀態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)
絡(luò)通信報(bào)警。電源狀態(tài)和機(jī)柜風(fēng)扇狀態(tài)都在系統(tǒng)報(bào)警中
顯示，提高了硬件的可靠使用。
過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)警是工藝參數(shù)出現(xiàn)了超出設(shè)計(jì)的正常
條件，如測(cè)量值達(dá)到報(bào)警限定值，測(cè)量回路出現(xiàn)開(kāi)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(shí)行通崗操作，一個(gè)操作員同時(shí)監(jiān)控幾個(gè)崗位，
在出現(xiàn)工藝波動(dòng)混亂的情況下，報(bào)警過(guò)多，會(huì)造成操作
人員來(lái)不及查看，不能分清重要的和一般的報(bào)警，耽誤
寶貴的處理時(shí)間。在CCS系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，對(duì)機(jī)組報(bào)警進(jìn)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(jí)，根據(jù)組態(tài)取出各個(gè)功能塊的報(bào)警標(biāo)志。使用畫面
腳本VB進(jìn)行編程，一旦檢測(cè)到有報(bào)警信息，按照不同
的級(jí)別和區(qū)域彈出報(bào)警窗口和操作提示（見(jiàn)圖8），為
操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警和處理報(bào)警提供最好的輔助。
這樣進(jìn)行組態(tài)，可以對(duì)報(bào)警進(jìn)行有效的管理，操
作人員迅速地找到報(bào)警點(diǎn)，有效地進(jìn)行處理，大大提高
了操作的安全可靠性。
圖8 報(bào)警處理
五、完整的控制操作記錄
通過(guò)下位程序和上位畫面的腳本編程，對(duì)每個(gè)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(shí)要登錄自己的操作密碼，以后的所有控制操作的內(nèi)
容和時(shí)間都詳細(xì)記錄。通過(guò)操作記錄可以分析操作人員
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通用機(jī)械58
石油/化工通用機(jī)械
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Orbit軌道球閥在石化裝置中的應(yīng)用
及故障分析
大慶石化公司化肥廠 （黑龍江 163714） 劉醒愚 楊曉峰 宋文明
【摘 要】軌道球閥具有開(kāi)關(guān)無(wú)摩擦，密封面不
易泄漏，開(kāi)關(guān)行程短等特點(diǎn)，特別適合于操作頻繁、運(yùn)
行溫差大，對(duì)閥門本體密封要求苛刻的條件下運(yùn)行。介
紹了Orbit閥門的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)、開(kāi)關(guān)原理及在化肥裝
置分子篩系統(tǒng)中的使用情況，并對(duì)歷次出現(xiàn)的故障進(jìn)行
分析，對(duì)此類閥門的使用、維護(hù)及故障排除提供了借
鑒。
【關(guān)鍵詞】Orbit軌道球閥無(wú)摩擦開(kāi)啟 密封
面軌道阻塞 安裝方向
一、前言
1. 工藝概況
某石化公司合成氨裝置分子篩系統(tǒng)為2005年擴(kuò)能
改造時(shí)新加工藝，作用為進(jìn)一步消除經(jīng)合成氣壓縮機(jī)
低壓缸壓縮后合成氣（主要成分為氫氣、氮?dú)猓┲械?
水分。分子篩系統(tǒng)由兩套設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行，48h為一完整
運(yùn)行周期，一臺(tái)在運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)進(jìn)行再生，每24h兩
套設(shè)備進(jìn)行一次切換。合成氣操作壓力為7.24MPa，
運(yùn)行時(shí)合成氣操作溫度為10℃，再生時(shí)操作溫度為
288℃，工作溫差大。由于工況操作頻繁，工作溫差較
大，同時(shí)對(duì)介質(zhì)的無(wú)泄漏要求等級(jí)高，系統(tǒng)中的頻繁
操作的切斷閥如選用傳統(tǒng)的閘閥、球閥等難以保證裝
置長(zhǎng)周期運(yùn)行。最終該系統(tǒng)的切斷閥選用了Orbit軌道
球閥。
2. 閥門及品牌簡(jiǎn)介
Orbit閥門公司成立于1912年，該公司于1936年
首次推出“軌道球閥”，并獲得了專利認(rèn)證。1978年
Orbit 公司開(kāi)始全面生產(chǎn)氣動(dòng)執(zhí)行器，供Orbit 球閥使
用。1999年被收購(gòu)并入Cooper Cameron閥門集團(tuán)旗下。
軌道球閥是一種特殊結(jié)構(gòu)的切斷閥門，通過(guò)閥桿
上的精密螺旋曲線槽軌道，與嵌于其內(nèi)的導(dǎo)向銷相互作
用，帶動(dòng)球體隨閥桿旋轉(zhuǎn)完成閥門開(kāi)關(guān)。具有開(kāi)關(guān)無(wú)摩
擦，密封面不易泄漏，開(kāi)關(guān)行程短等特點(diǎn)，特別適合
于操作頻繁，運(yùn)行溫差大，對(duì)閥門本體密封要求苛刻的
操作的合理性，為找到最佳操作方法提供了條件。
六、結(jié)語(yǔ)
煤化工廠每次大的工藝波動(dòng)或意外停車事故，都
會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，操作人員沒(méi)有正確反應(yīng)或錯(cuò)誤
的操作是引發(fā)安全事故的重要原因。通過(guò)利用CCS系統(tǒng)
的組態(tài)功能及上位畫面腳本編程的有效結(jié)合，精心進(jìn)行
組態(tài)，用程序自動(dòng)防止操作失誤。操作面板的優(yōu)化及報(bào)
警分類管理的實(shí)現(xiàn)，大大提高了操作質(zhì)量，避免誤操作
的可能性，從而達(dá)到保障安全生產(chǎn)及保障經(jīng)濟(jì)效益的目
的。
（收稿日期：2016/05/06）

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