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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)：	更新時間： 2021年06月05日
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www.etyjx.com 2016年 第7期
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】針對伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司針
對操作人員崗位編制精簡和操作經(jīng)驗的不足，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)計實(shí)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(jī)組控制系統(tǒng)，通過對控制方案的優(yōu)化和通過組態(tài)方案
的細(xì)節(jié)上用程序和畫面腳本編寫防止錯誤操作的限制；
通過操作面板的優(yōu)化，機(jī)組過程報警的管理等方面來提
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 TUVAK6 級安全認(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^CCS 操作
站對機(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CCS 操作站對機(jī)組內(nèi)部單元設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的報警和
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
2016年 第7期 www.etyjx.com 55 通用機(jī)械
石油/化工通用機(jī)械
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作，系統(tǒng)會穩(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(xì)論證和完
善，比如速度控制依據(jù)壓縮機(jī)在開車過程中負(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
自動控制始終能投用。在機(jī)組試車期間，進(jìn)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。
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)
驗不豐富的操作人員很難應(yīng)對，安全限制程序可以起到
很好的輔助操作作用。
空壓機(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，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(jī)突然卸載時，壓縮機(jī)功
率迅速減少，機(jī)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50r/min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時，轉(zhuǎn)為PID自動控制。
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(jī)性能控制，在出現(xiàn)波動大或異常時
需要解除串聯(lián)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(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。
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
障時輸出能直接到故障值。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。
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（見圖3）。
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(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)組過程報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7套，以空分
裝置的空壓機(jī)組系統(tǒng)為例，來說明利用CCS即壓縮機(jī)控
制技術(shù)對空壓機(jī)、增壓機(jī)和驅(qū)動汽輪機(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：開車升速順序控
制、速度控制、末級噴淋閥的控制、末級保護(hù)停車、
盤車電動機(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，并按照其操作。如圖
2所示。
圖2 控制方案畫面
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
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通用機(jī)械56
石油/化工通用機(jī)械
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圖3 操作畫面布局
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(rèn)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
為紅色，確認(rèn)后變?yōu)楹谏?，單擊該按鈕可跳轉(zhuǎn)到報警顯
示窗口。
2）通信指示：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：單擊歷史報警按鈕，監(jiān)控畫面
切換為報警/事件詳細(xì)列表。
4）登錄窗口：單擊彈出登錄窗口，登錄后登錄框
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，按照登錄用戶的權(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：單擊打印按鈕，打印機(jī)會將整個屏
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：單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(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)，不會因為切換畫面而
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
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(xì)規(guī)定。全廠每臺機(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，如圖5所示。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)有兩次確認(rèn)窗口，并有
簡單的操作提示，防止操作失誤的發(fā)生。
圖5 錯誤提示窗口
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
跳車和非延時跳車兩種，前一種跳車延時1s用來壓縮機(jī)
卸載，后一種直接跳車。為了保證機(jī)組在故障時能立即
停機(jī)保護(hù)壓縮機(jī)，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(dá)到報警值時，顯示黃色，用以提
醒操作人員。當(dāng)達(dá)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(diǎn)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(shí)際的情況，不會
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石油/化工通用機(jī)械
GM in Petroleum &amp;amp; Chemical Industry
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(jī)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(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)。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要參考的信息，
提高了操作的可靠性。如：機(jī)組起動和速度控制畫面，
將起動順序邏輯實(shí)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。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，一般都會在故障前有明確的報
警提示，留給用戶在線更換卡件或通過強(qiáng)制故障回路點(diǎn)
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，編制通信狀態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)
絡(luò)通信報警。電源狀態(tài)和機(jī)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(dá)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(shí)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
寶貴的處理時間。在CCS系統(tǒng)組態(tài)時，對機(jī)組報警進(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，根據(jù)組態(tài)取出各個功能塊的報警標(biāo)志。使用畫面
腳本VB進(jìn)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（見圖8），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(jìn)行組態(tài)，可以對報警進(jìn)行有效的管理，操
作人員迅速地找到報警點(diǎn)，有效地進(jìn)行處理，大大提高
了操作的安全可靠性。
圖8 報警處理
五、完整的控制操作記錄
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
崗時要登錄自己的操作密碼，以后的所有控制操作的內(nèi)
容和時間都詳細(xì)記錄。通過操作記錄可以分析操作人員
www.etyjx.com 2016年 第7期
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】軌道球閥具有開關(guān)無摩擦，密封面不
易泄漏，開關(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)、開關(guān)原理及在化肥裝
置分子篩系統(tǒng)中的使用情況，并對歷次出現(xiàn)的故障進(jìn)行
分析，對此類閥門的使用、維護(hù)及故障排除提供了借
鑒。
【關(guān)鍵詞】Orbit軌道球閥無摩擦開啟 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，一臺在運(yùn)行時，另一臺進(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)行時合成氣操作溫度為10℃，再生時操作溫度為
288℃，工作溫差大。由于工況操作頻繁，工作溫差較
大，同時對介質(zhì)的無泄漏要求等級高，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 公司開始全面生產(chǎn)氣動執(zhí)行器，供Orbit 球閥使
用。1999年被收購并入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，帶動球體隨閥桿旋轉(zhuǎn)完成閥門開關(guān)。具有開關(guān)無摩
擦，密封面不易泄漏，開關(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
煤化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(jì)損失，操作人員沒有正確反應(yīng)或錯誤
的操作是引發(fā)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的有效結(jié)合，精心進(jìn)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(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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