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[摘 要]本文针对云南云天化天安公司，一期30万硫酸装置C301风机控制系统，采用GE PLC与西门子触摸屏对风机进行监视和控制，在实际生产过程中存在的问题及设计的不合理，提出了技改方案并实施，确保风机的长周期运行及出现故障能进行有效的分析。
[关键词]DCS系统、C301风机、联锁系统、控制应用
中图分类号：F409 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0384-01
0 引言
云天化天安公司一期30万吨硫酸装置主风机C301是该装置关键设备，风机跳停整个装置将全部停车，直接关系到整个装置的稳定生产和下游磷酸装置的正常生产。30万吨硫酸是我公司2004年建成并投产的主要的生产装置之一风机由6KV高压电机（2750KW）作为原动力，中间通过液力偶合器调节转速，控制系统采用GE VERSAMAX 型PLC系统，与西门子触摸屏对风机进行监视和控制。风机和DCS DeltaV系统采用MODBUS总线通讯，DeltaV系统仅单向对PLC系统采集数据用来显示，未进行控制。
1 存在问题
1.1 近几年来，系统出现了多次通信故障、卡件故障，由于PLC系统本身的不完善性，造成在风机有故障时无法有效的提供故障时刻的关键数据与趋势图，因此无法分析故障的具体原因。
1.2 温度测量元件热电阻的故障反复引起机组跳车；电机绕组温度显示不稳定，一直未投联锁。转速探头仅有一只，不能冗余。
1.3 机组的调速系统自建成以来，一直只能在现场手动调速，PLC上调速都不能实现，遇到紧急情况需要调速，工艺人员根本来不及，不同程度的影响硫酸生产；同时因PLC安装在现场仪表盘柜上，灰尘多，腐蚀性强，近几年故障率程上升趋势，而且因硫酸工艺生产的长周期性给检修和维护带来很大困难。
2 原因分析
为了解决上述问题电仪厂经过多次原因分析，确定主要原因有：
2.1 机组的每点温度测量点只有一支传感器，当测量热电阻因振动或其他原因断线时，电阻值会到无穷大，根据热电阻的测量原理，此时表示温度为最大值，如果这个温度带有联锁，就会引起联锁保护动作，造成非正常停车。
2.2 电机绕组温度显示不稳定的原因可能是差模干扰引起，因为其它的温度示值稳定，只有电机绕组不稳定，干扰在外部引进来。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2.3 现场环境灰尘多、腐蚀性强对PLC系统各连接部分以及接线端子的稳定性有很大影响；各种卡件容易损坏；PLC系统在现场抗干扰性差，容易引起系统误动；各种调节功能通过总线通讯实现反应速度慢；在发生问题时无法即时记录。
经讨论为提高系统的稳定运行，建议将该套PLC系统取消，利用原装置DCS系统控制，将现场测量点和电气信号引入DCS系统，按原风机的逻辑关系在DCS系统完成，同时可以完善原控制策略，优化故障时刻的数据处理。
3 技改方案
3.1 把原有的温度（除电机绕组温度外）改成双支铂热电阻，选择国内质量较好的厂商的产品。做一定运算后引入联锁，在保证正常保护动作的同时，又不因测量故障引起非正常停车。具体设计如下：我们在一个测量点上使用两支热电阻进行测量，正常时，当两支热电阻同时达到联锁值时才联锁动作。当其中一支不正常时，我们可以切除其中一个温度的联锁进行更换而不影响另一支的正常工作，也不会引起工艺非正常的停车。下面具体作一个点在DCS上的组态图（图1）：
3.2 对于电机绕组温度铂电阻测量元件，在电机生产时已预埋在电机的线圈中，针对这3支在测量回路中增加3只无源信号隔离器，有效消除或减小干扰。
3.3 取消现场PLC，机柜上只保留显示风机转速、风机运行状态、急停按钮、报警灯、复位按钮；
3.4 将现场37个温度、振动、压力、各种反馈点等仪表点直接引入DCS系统控制；
3.5 将原PLC系统所需的各种电气信号直接引入DCS系统控制；
3.6 在DCS系统内按原风机的逻辑关系完成组态，同时做好原控制策略、故障数据处理等各种优化。具体如下：
3.6.1 增加联锁信号投切按钮（二级确认）
3.6.2 增加信号高报、高高报及通道故障事件记录。
3.6.3 增加联锁触发首发记录功能。
3.6.4 温度增加信号诊断功能，并自动切除相应温度联锁信号（通道故障保护、断线保护、短线保护，异常保护），增加系统容错能力，增加相应报警提示功能。
3.6.5 对振动和油压增加诊断功能，并自动切除相应振动和油压联锁信号（通道故障保护），增加系统容错能力。增加相应报警提示功能。
3.6.6 对电气综合保护器故障输出，进行相应的事件记录功能。
3.6.7 DCS画面可以对主风机、主油泵、辅助油泵和加热器进行按钮控制。
3.6.8 风机主联锁：当温度达到高高报警时，停主风机；当振动达到高高报警时，停主风机；当油压达到低低报警时，停主风机。
3.6.9 油泵控制：当润滑油进油压压力低报警时，启动辅助油泵；当主油泵停止时，启动辅助油泵。
改造后可有效保证装置的长周期运行，减少中间故障环节，避免了因PLC问题而引起的装置频繁停车，将控制方式引入DCS系统后可以完善原控制策略，优化故障时刻的数据处理，可以有效避免因PLC误动而引起的装置停车。
此次C301技改引入DCS点合计：RTD温度点12个、AI点40个、AO点4个、DI点16个、DO点16个。
3.7 C301风机联锁分两部分：
3.7.1 仪表联锁
3.7.2 电气联锁
3.7.2.1 启动联锁
锅炉给水泵P301a或P301b启动且P401启动后才能启C301鼓风机，C301启动后才能启磺泵P201a或P201b。
3.7.2.2 运行故障联锁
1）P301a（或P301b）故障停车，联锁C301停车；C301停车，联锁P201a（或P201b）停車；
2）P401故障停车，联锁C301停车；C301停车，联锁P201a（或P201b）停车；
3）鼓风机油泵：主油泵故障停车，联锁辅助油泵启动；润滑油压力低，≤0.075Mpa，联锁辅助油泵启动；润滑油压力上升至正常时，现场手动停辅助油泵。
4.结束语
经公司批准，对一期30万吨风机的控制优化和部分改造2016年6月装置大修中得以实施，具体的方案按以上所述实施，经过大家的齐心协力的努力，车间自行圆满完成了该项改造。风机机组经过大修以来半年的运行，效果非常好，全部实现了解决方案中的需求。为装置安、稳、长、满、优的运行创造了条件，同时也大大降低了电仪人员的维护工作量。
[关键词]DCS系统、C301风机、联锁系统、控制应用
中图分类号：F409 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0384-01
0 引言
云天化天安公司一期30万吨硫酸装置主风机C301是该装置关键设备，风机跳停整个装置将全部停车，直接关系到整个装置的稳定生产和下游磷酸装置的正常生产。30万吨硫酸是我公司2004年建成并投产的主要的生产装置之一风机由6KV高压电机（2750KW）作为原动力，中间通过液力偶合器调节转速，控制系统采用GE VERSAMAX 型PLC系统，与西门子触摸屏对风机进行监视和控制。风机和DCS DeltaV系统采用MODBUS总线通讯，DeltaV系统仅单向对PLC系统采集数据用来显示，未进行控制。
1 存在问题
1.1 近几年来，系统出现了多次通信故障、卡件故障，由于PLC系统本身的不完善性，造成在风机有故障时无法有效的提供故障时刻的关键数据与趋势图，因此无法分析故障的具体原因。
1.2 温度测量元件热电阻的故障反复引起机组跳车；电机绕组温度显示不稳定，一直未投联锁。转速探头仅有一只，不能冗余。
1.3 机组的调速系统自建成以来，一直只能在现场手动调速，PLC上调速都不能实现，遇到紧急情况需要调速，工艺人员根本来不及，不同程度的影响硫酸生产；同时因PLC安装在现场仪表盘柜上，灰尘多，腐蚀性强，近几年故障率程上升趋势，而且因硫酸工艺生产的长周期性给检修和维护带来很大困难。
2 原因分析
为了解决上述问题电仪厂经过多次原因分析，确定主要原因有：
2.1 机组的每点温度测量点只有一支传感器，当测量热电阻因振动或其他原因断线时，电阻值会到无穷大，根据热电阻的测量原理，此时表示温度为最大值，如果这个温度带有联锁，就会引起联锁保护动作，造成非正常停车。
2.2 电机绕组温度显示不稳定的原因可能是差模干扰引起，因为其它的温度示值稳定，只有电机绕组不稳定，干扰在外部引进来。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
2.3 现场环境灰尘多、腐蚀性强对PLC系统各连接部分以及接线端子的稳定性有很大影响；各种卡件容易损坏；PLC系统在现场抗干扰性差，容易引起系统误动；各种调节功能通过总线通讯实现反应速度慢；在发生问题时无法即时记录。
经讨论为提高系统的稳定运行，建议将该套PLC系统取消，利用原装置DCS系统控制，将现场测量点和电气信号引入DCS系统，按原风机的逻辑关系在DCS系统完成，同时可以完善原控制策略，优化故障时刻的数据处理。
3 技改方案
3.1 把原有的温度（除电机绕组温度外）改成双支铂热电阻，选择国内质量较好的厂商的产品。做一定运算后引入联锁，在保证正常保护动作的同时，又不因测量故障引起非正常停车。具体设计如下：我们在一个测量点上使用两支热电阻进行测量，正常时，当两支热电阻同时达到联锁值时才联锁动作。当其中一支不正常时，我们可以切除其中一个温度的联锁进行更换而不影响另一支的正常工作，也不会引起工艺非正常的停车。下面具体作一个点在DCS上的组态图（图1）：
3.2 对于电机绕组温度铂电阻测量元件，在电机生产时已预埋在电机的线圈中，针对这3支在测量回路中增加3只无源信号隔离器，有效消除或减小干扰。
3.3 取消现场PLC，机柜上只保留显示风机转速、风机运行状态、急停按钮、报警灯、复位按钮；
3.4 将现场37个温度、振动、压力、各种反馈点等仪表点直接引入DCS系统控制；
3.5 将原PLC系统所需的各种电气信号直接引入DCS系统控制；
3.6 在DCS系统内按原风机的逻辑关系完成组态，同时做好原控制策略、故障数据处理等各种优化。具体如下：
3.6.1 增加联锁信号投切按钮（二级确认）
3.6.2 增加信号高报、高高报及通道故障事件记录。
3.6.3 增加联锁触发首发记录功能。
3.6.4 温度增加信号诊断功能，并自动切除相应温度联锁信号（通道故障保护、断线保护、短线保护，异常保护），增加系统容错能力，增加相应报警提示功能。
3.6.5 对振动和油压增加诊断功能，并自动切除相应振动和油压联锁信号（通道故障保护），增加系统容错能力。增加相应报警提示功能。
3.6.6 对电气综合保护器故障输出，进行相应的事件记录功能。
3.6.7 DCS画面可以对主风机、主油泵、辅助油泵和加热器进行按钮控制。
3.6.8 风机主联锁：当温度达到高高报警时，停主风机；当振动达到高高报警时，停主风机；当油压达到低低报警时，停主风机。
3.6.9 油泵控制：当润滑油进油压压力低报警时，启动辅助油泵；当主油泵停止时，启动辅助油泵。
改造后可有效保证装置的长周期运行，减少中间故障环节，避免了因PLC问题而引起的装置频繁停车，将控制方式引入DCS系统后可以完善原控制策略，优化故障时刻的数据处理，可以有效避免因PLC误动而引起的装置停车。
此次C301技改引入DCS点合计：RTD温度点12个、AI点40个、AO点4个、DI点16个、DO点16个。
3.7 C301风机联锁分两部分：
3.7.1 仪表联锁
3.7.2 电气联锁
3.7.2.1 启动联锁
锅炉给水泵P301a或P301b启动且P401启动后才能启C301鼓风机，C301启动后才能启磺泵P201a或P201b。
3.7.2.2 运行故障联锁
1）P301a（或P301b）故障停车，联锁C301停车；C301停车，联锁P201a（或P201b）停車；
2）P401故障停车，联锁C301停车；C301停车，联锁P201a（或P201b）停车；
3）鼓风机油泵：主油泵故障停车，联锁辅助油泵启动；润滑油压力低，≤0.075Mpa，联锁辅助油泵启动；润滑油压力上升至正常时，现场手动停辅助油泵。
4.结束语
经公司批准，对一期30万吨风机的控制优化和部分改造2016年6月装置大修中得以实施，具体的方案按以上所述实施，经过大家的齐心协力的努力，车间自行圆满完成了该项改造。风机机组经过大修以来半年的运行，效果非常好，全部实现了解决方案中的需求。为装置安、稳、长、满、优的运行创造了条件，同时也大大降低了电仪人员的维护工作量。