摘要：
采用通訊手段將自保聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)采集運(yùn)算、OP-37 顯示操作站、自保聯(lián)鎖操作面板、 硬手操完美的結(jié)在一起，使自保聯(lián)鎖及數(shù)據(jù)采集運(yùn)算系統(tǒng)成為一個(gè)獨(dú)立的整體。再加上 對信號采取三取二等處理方法及自保聯(lián)鎖系統(tǒng)硬件采用三容余的容錯(cuò)方式使系統(tǒng)更具有自 身的特色。
1、前言
我廠在一九九八年大檢修中對催化裂化裝置反應(yīng)器-再生器系統(tǒng)簡稱“反-再系統(tǒng)” 進(jìn)行改造并引進(jìn)了美國UOP公司技術(shù)，在滿足UOP技術(shù)條件下，我廠經(jīng)過與中石化洛陽石 油化工工程公司設(shè)計(jì)院共同研討并經(jīng)過多次修改，最終一致認(rèn)為自保聯(lián)鎖系統(tǒng)采用德國西 門子公司可編程控制器S5-115H容錯(cuò)系統(tǒng)組成三容余的SD系統(tǒng)，相應(yīng)的儀表信號通過通訊手段將西門子可編程控制器S7系列組成數(shù)據(jù)采集運(yùn)算系統(tǒng)互通并通過OP-37顯示操作站 進(jìn)行顯示?！白员Ｂ?lián)鎖及數(shù)據(jù)采集運(yùn)算系統(tǒng)”由天津協(xié)力高科技有限公司配套實(shí)施。
2 、 ESD 系統(tǒng)原理
1)緊急自動(dòng)停車系統(tǒng)ESD 緊急自動(dòng)停車系統(tǒng)ESD（Emergency Shutdown Device） 是指裝置在開工、停工和生 產(chǎn)過程中可能危機(jī)生產(chǎn)安全、造成重大設(shè)備事故、重大經(jīng)濟(jì)損失和人身安全時(shí)的緊急安全自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)。 在正常工藝操作條件下突然發(fā)生緊急事故，ESD 系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖，對工藝流程實(shí)行聯(lián)鎖保護(hù)或緊急停車。在操作室內(nèi)，操作人員通過ESD 系統(tǒng)也能對工藝流程操作進(jìn)行手動(dòng)啟/停聯(lián)鎖。
2）數(shù)據(jù)采集運(yùn)算系統(tǒng)
核心單元采用德國SIMATIC 公司的可編程控制器S7系列，整個(gè)系統(tǒng)通過通訊數(shù)據(jù) 總線和S5-115H 通訊。其顯示采用SIMATIC 公司的盤式操作站OP-37 ，可把自保聯(lián)鎖系統(tǒng) 功能。 和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)在OP-37屏幕上顯示出來。并具有事件記錄、打印各種報(bào)警等。
3 、系統(tǒng)的組成
1）催化裂化裝置（反-再系統(tǒng)）自保聯(lián)鎖系統(tǒng)
核心單元是德國SIMATIC 公司的可編程控制器S5-115H容錯(cuò)系統(tǒng)，它具有系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域自保聯(lián)鎖系統(tǒng)中。
2)自保聯(lián)鎖及數(shù)采系統(tǒng)硬件連接圖如<圖一>。三、反-再系統(tǒng)自保聯(lián)鎖系統(tǒng)構(gòu)成 I）自保聯(lián)鎖系統(tǒng)的硬件及邏輯聯(lián)鎖圖 。
采用SIMATIC 公司的S5-115H組成三容余容錯(cuò)PLC系統(tǒng)，其邏輯系統(tǒng)通過軟件固化在PLC中。 自保聯(lián)鎖系統(tǒng)主邏輯聯(lián)鎖關(guān)系圖如<圖二>。
3）反-再自保聯(lián)鎖系統(tǒng)操作面板 自保聯(lián)鎖系統(tǒng)操作面板，供操作員通過操作面板來監(jiān)視和控制工藝自保聯(lián)鎖的工作狀態(tài)。自保聯(lián)鎖操作面板布置圖如<圖三>。
A)操作面板說明：
a) 按鍵操作功能
①. 輸入切除鍵
為雙重命令鍵，第一次鍵入組合鍵“雙重命令+輸入切除”鍵，該輸入被“切除”并有燈顯示，此后該信號不再參與自動(dòng)聯(lián)鎖，進(jìn)入半自動(dòng)聯(lián)鎖。第二次鍵入組合鍵“雙重命令+輸入切除”鍵，該輸入切除信號“復(fù)位”且顯示燈滅，此后該信號進(jìn)入自動(dòng)聯(lián)鎖。
②. 輸出切除鍵
為雙重命令鍵，鍵入組合鍵“雙重命令+輸出切除”鍵，該輸出被“切除”并有燈顯示，此后該信號不再輸出只能通過硬手動(dòng)聯(lián)鎖，鍵入組合鍵“雙重命令+輸出復(fù)位”鍵，該輸出切除信號“復(fù)位”且顯示燈滅，此后該信號進(jìn)入自動(dòng)聯(lián)鎖狀態(tài)。它的作用主要供設(shè)備定期檢查或維修使用。
③. 手動(dòng)鍵
手動(dòng)鍵相當(dāng)于應(yīng)急手操器，自保聯(lián)鎖由自動(dòng)改為半自動(dòng)方式時(shí)，操作員可以通過手動(dòng)鍵手動(dòng)聯(lián)鎖（輸出復(fù)位鍵復(fù)位后操作才有效），各手動(dòng)鍵之間仍然保持各輸出之間的聯(lián)鎖關(guān)系。
b) 狀態(tài)指示燈
① 輸入信號報(bào)警燈
有輸入信號報(bào)警時(shí)，面板上發(fā)光二極管（紅）顯示亮，此信號報(bào)警不受輸入切除功能的影響。
② 輸入切除燈
輸入切除鍵有效鍵入后，面板上“切除”發(fā)光二極管（綠）顯示亮，該信號不再參與自動(dòng)聯(lián)鎖，進(jìn)入半自動(dòng)聯(lián)鎖。當(dāng)輸入切除“復(fù)位”后綠燈滅，該項(xiàng)又恢復(fù)為全自動(dòng)聯(lián)鎖方式。
③ 輸出切除燈
輸出切除鍵有效鍵入后，面板上輸出“切除”發(fā)光二極管（綠）顯示亮，該信號輸出被切除，當(dāng)輸出切除“復(fù)位”后綠燈滅，該項(xiàng)又恢復(fù)為全自動(dòng)聯(lián)鎖方式。
④ 輸出信號報(bào)警燈
面板上有輸出時(shí)發(fā)光二極管（紅）亮，以顯示聯(lián)鎖的工作狀態(tài)。 B)硬手操系統(tǒng)說明
硬手操系統(tǒng)如<圖四>包括切斷進(jìn)料、切斷兩器、切斷主風(fēng)、切斷增壓風(fēng)、切斷提升風(fēng)、主風(fēng)事故蒸汽伐、外取熱增壓風(fēng)事故蒸汽伐、待生提升管提升風(fēng)事故蒸汽伐等八個(gè)三檔開關(guān)和“允許切除”、“允許脫機(jī)（切除）電源”， 兩個(gè)兩檔開關(guān)。當(dāng)開關(guān)撥向“復(fù)位（自動(dòng)）”時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)聯(lián)鎖狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)撥向中間檔，處于“切除（脫機(jī)）”
位置，聯(lián)鎖輸出信號被切除，系統(tǒng)處于脫機(jī)狀態(tài)。裝置正常運(yùn)行時(shí)，硬手動(dòng)開關(guān)置于
“復(fù)位（自動(dòng)）”位置。硬手動(dòng)開關(guān)操作要特別注意，以免誤操作而造成緊急停車。
4）繼電器組系統(tǒng)
用于帶動(dòng)現(xiàn)場的電磁閥和機(jī)電設(shè)備，它通過接受可編程控制器PLC或硬手動(dòng)開關(guān)發(fā)出緊急停車信號而動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)功能。另外利用繼電器組可以實(shí)現(xiàn)PLC脫機(jī)，使得維修PLC更方便、更安全。
5)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)
通過PROFIBUS-DP 通訊總線將數(shù)據(jù)傳送給OP-37，并在OP-37上顯示工藝流程、儀表維護(hù)、運(yùn)算等功能。
6)數(shù)據(jù)采集運(yùn)算系統(tǒng)
XI-102 再生器開工速度計(jì)算
XI-102 再生器開工速度計(jì)算需從模擬量模塊采集， PT-114 再生器操作壓力；TT-102 再生器頂出口溫度；FY-621 再生器主風(fēng)流量；FT-802 外取熱器提升風(fēng)流量，經(jīng)過處理后按如下公式計(jì)算：
V=（pb/pa）×(Ta/Tb) ×(Qr+Qs+Qc)/3600A
計(jì)算符號與儀表位號對照表：
計(jì)算符號 儀表位號
V 再生器開工速度（m/sec） XI-102
pb 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力(101.33KPa絕壓) 常數(shù)
pa 再生器操作壓力（操作壓力+101.33KPa絕壓） PT-114
Tb 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度（0℃+273.15°K） 常數(shù)
Ta 再生器頂出口溫度(操作溫度+273.15°K) TT-102
Qr 至再生器主風(fēng)流量（m 3 n/hr） FT-621
Qs 至待生立管提升風(fēng)流量（m 3 n/hr） FY-107B
Qc 至外取熱器增壓風(fēng)流量（m 3 n/hr） FT-802
A 再生器截面積，小于旋風(fēng)分離器面積（59.1m 2 ） 常數(shù)
說明 ：
操作壓力設(shè)計(jì)值 0.166MPa(G)
操作溫度設(shè)計(jì)值 709℃
至再生器主風(fēng)流量設(shè)計(jì)值 91246m 3 n/hr
至待生立管提升風(fēng)流量計(jì)算值 19024m 3 n/hr
計(jì)算結(jié)果在反-再系統(tǒng)操作畫面和數(shù)據(jù)采集運(yùn)算畫面中顯示并將自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果顯示在趨勢記錄畫面中。
催化劑循環(huán)率計(jì)算： （FY-111）
催化劑循環(huán)率計(jì)算需從模擬量模塊采集，ZI-112再生滑閥閥位；XT-107再生滑閥前催化劑密度；PdT-119再生滑閥壓降，經(jīng)過處理后按如下公式計(jì)算：
W=[K(ZI-BIAS)√DENSI(DP) ]/11600
計(jì)算符號與儀表位號對照表：
計(jì)算符號 儀表位號
W 催化劑循環(huán)率（ton/hr） FY-111
ZI 再生滑閥閥位（％） ZI-112
K 與再生滑閥尺寸和開度有關(guān)的常數(shù)（47640） 常數(shù)
BLAS 用于抵消閥座開度計(jì)算的偏值（初始設(shè)定：19％） 常數(shù)
DENSI 再生滑閥前催化劑密度（設(shè)計(jì)密度=560kg/m 3 ） XT-107
DP 再生滑閥壓降(MPa) PdT-119
說明：
催化循環(huán)率設(shè)計(jì)值 1210ton/hr,計(jì)算結(jié)果在反-再系統(tǒng)操作畫面和數(shù)據(jù)采集運(yùn)算畫面中顯示并將自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果顯示在趨勢記錄畫面中。
提升管提升段線速計(jì)算：（XI-105）
提升管提升段線速計(jì)算需從模擬量模塊采集，F(xiàn) - T-112提升管提升蒸汽流量；FT-115提升管提升干氣流量；PT-115再生催化劑壓力；TT-118再生催化劑溫度；FY-111催化劑循環(huán)率數(shù)值，經(jīng)過處理后按如下公式計(jì)算：
V={[W 1 /M 1 +W 2 /M 2 +(0.00135)(W 3 )/M 3 ]*8.315+Q 4 *Pbase/Tbase}(hour/3600sec)[(Tactual+273.15°K)/Pactual
計(jì)算符號與儀表位號對照表：
計(jì)算符號 儀表位號
V 提升管提升段線速(ton/hr) XI-105
W 1 提升管提升蒸汽流量(ton/hr) FT-112
W 2 提升管開工蒸汽流量(ton/hr) FT-113
W 3 催化循環(huán)率(ton/hr) FT-111
Q 4 提升管提升干氣流量(m 3 n/hr) FT-115
M 1 ,M 2 蒸汽分子量8.02 常數(shù)
M 3 惰性氣體分子量29.2 常數(shù)
Pbase 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力(0.10133MP絕壓) 常數(shù)
Tbase 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度(0℃+273.15℃) 常數(shù)
Pactual 再生催化劑立管壓力(MPa,表壓) 常數(shù)
Tactual 再生催化劑立管溫度(℃) TT-118
A 提升管截面積(0.503m 2 ) 常數(shù)
說明 :
操作壓力設(shè)計(jì)值 0.272MPa(G)
操作溫度設(shè)計(jì)值 695℃
提升蒸汽流量設(shè)計(jì)值 3.633ton/hr
開工蒸汽流量設(shè)計(jì)值 14.743ton/hr
催化劑循環(huán)率設(shè)計(jì)值 1209.6ton/hr
提升管提升干氣流量設(shè)計(jì)值 2632m 3 n/hr
計(jì)算結(jié)果在反-再系統(tǒng)操作畫面和數(shù)據(jù)采集運(yùn)算畫面中顯示并將自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果顯示在趨勢記錄畫面中。
汽提段補(bǔ)償后料位計(jì)算:
汽提段補(bǔ)償后料位計(jì)算,需從模擬量模板采集LI-104汽提段料位和XT-109沉降器汽提段密度,經(jīng)過處理后按如下公式計(jì)算:
LIcompensated=LTactual(DESNSdesign/DENSactual)
計(jì)算符號與儀表位號對照表：
計(jì)算符號 儀表位號
LIcompensated 沉降器汽提段補(bǔ)償后料位(%) LI-104
LTactual 沉降器汽提段料位(%) LT-104
DESNSdesign 沉降器汽提段設(shè)計(jì)密度(720kg/m 3 ) 常數(shù)
DENSactual 沉降器汽提段密度(kg/m 3 ) XT-109
說明:
計(jì)算結(jié)果在反-再系統(tǒng)操作畫面和數(shù)據(jù)采集運(yùn)算畫面中顯示并將自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果顯示在趨勢記錄畫面中。
7）自保聯(lián)鎖系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號處理
計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，采集的信號在采集瞬間，信號有微弱的下降。如果測量控制回路與自保聯(lián)鎖及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)公用一個(gè)回路，這樣測量控制回路就會受計(jì)算機(jī)采集信號的影響而波動(dòng)，且有信號不共地問題。為解決此問題，我廠對現(xiàn)場來的 4--20mA信號用信號拷貝器(KWUS-AA-R)拷貝出兩個(gè)完全相同信號，分別送往儀表控制回路和自保及數(shù)采系統(tǒng)，通過這樣處理，系統(tǒng)具有獨(dú)立性，信號之間相互隔離，不用共地。這樣就解決了回路間的干擾問題如<圖五>。
為保證系統(tǒng)的信號可靠、儀表采用三取二輸入表決方式輸入，即三臺儀表只要有兩臺以上儀表正常，信號就正常，否則出現(xiàn)信號故障。
4、綜述
通過一年半時(shí)間的運(yùn)行，本系統(tǒng)經(jīng)過幾次自動(dòng)和手動(dòng)停車驗(yàn)證，認(rèn)為自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行可靠。信號隔離方式的采用，使抗干擾能力增強(qiáng)。半自動(dòng)和手動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)用靈活方便。由于儀表采用三取二輸入表決方式且采用三取二容錯(cuò)系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加可靠，安全。而且 OP-37具有事件記錄、儀表維護(hù)、聯(lián)鎖狀態(tài)、工藝流程、報(bào)警一覽表、趨勢記錄、數(shù)據(jù)采集運(yùn)算、打印各種報(bào)警等功能，為操作員操作提供了方便。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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