李貴平

（中冶天工上海十三冶建設(shè)有限公司，上海 201900）

空分設(shè)備的自動控制、負荷跟蹤、以及各種優(yōu)化控制策略都依靠DCS來實現(xiàn)[1]。但目前還沒有統(tǒng)一的DCS調(diào)試的規(guī)程及規(guī)范。近年來我公司承建了煙臺萬華、寶鋼及武鋼等由林德、液空等國際知名廠家設(shè)計的10余套50000～72000 Nm3/h的大型空分制氧裝置，因節(jié)能降耗等需要，大型空分制氧裝置還會越來越多。本文以寶鋼集團浦鋼制氧Foxboro I/A DCS調(diào)試為基礎(chǔ)，結(jié)合以往調(diào)試經(jīng)驗，探討了大型空分制氧站DCS調(diào)試應如何組織，調(diào)試的特點、方法及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的調(diào)試技術(shù)，希望能給其他同類工程提供參考。

1 大型制氧站DCS調(diào)試的特點

（1）系統(tǒng)劃分多，包括空氣預冷系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、氬系統(tǒng)、主塔精餾系統(tǒng)、液氧存儲系統(tǒng)等近20個系統(tǒng)。

（2）檢測點、控制點數(shù)量及種類多，各檢測參數(shù)間關(guān)聯(lián)性強，調(diào)節(jié)復雜，為使生產(chǎn)后達到最佳工況，需要對重點工藝參數(shù)進行精調(diào)。

（3）DCS作為制氧站重要的調(diào)試工具，本身又是被調(diào)試的對象，有“安裝晚、投運早”的特點，在整個制氧工程工藝調(diào)試過程中，需確保隨時好用。

2 調(diào)試工藝流程及主要調(diào)試方法

2.1 調(diào)試工藝流程

調(diào)試工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Fig.1 Construction process

調(diào)試劃分為以上4個層次，需要科學組織。根據(jù)對過程控制的重要性以及受工藝安裝影響程度的分析，Ⅱ?qū)雍廷髮邮钦麄€制氧站投運前DCS調(diào)試的重點。為確保安全、質(zhì)量和進度，應盡量采取“分層隔離、平行作業(yè)”的方法分系統(tǒng)進行調(diào)試，特別是Ⅱ?qū)雍廷髮又g須做好隔離。同時為確保消除隱患、掌握主動，為制氧總體調(diào)試贏得時間，對其中的聯(lián)鎖調(diào)試應做早、做好。

2.2 主要調(diào)試方法

2.2.1 調(diào)試準備

（1）技術(shù)準備

主要包括DCS軟、硬件說明書，設(shè)計圖紙，DCS應用程序組態(tài)資料、生產(chǎn)工藝說明書，明確DCS應滿足工藝過程的應用功能。編寫施工方案，并做好技術(shù)交底。

（2）人員準備

調(diào)試總負責1名，負責對外協(xié)調(diào)及對整個DCS的調(diào)試質(zhì)量、安全、進度等進行統(tǒng)籌管理，下設(shè)2～3個作業(yè)小組，在施工前按DCS系統(tǒng)劃分確定各小組的調(diào)試范圍，每組2～3人，每個小組須有1名經(jīng)驗豐富的調(diào)試負責人，其他人員經(jīng)培訓考核合格后方可參與調(diào)試，按現(xiàn)場情況人員之間可相互調(diào)配。

2.2.2 DCS裝置單體儀表及輔助儀表盤調(diào)試

DCS裝置單體儀表設(shè)備主要包括記錄儀表、顯示儀表、報警儀表等，輔助儀表盤主要包括空壓機、氮壓機、氧壓機等壓縮機控制盤，應先進行校準和試驗，避免因接線錯誤等原因造成設(shè)備的損壞，影響工期。

2.2.3 控制室內(nèi)部DCS裝置調(diào)試

調(diào)試應分系統(tǒng)進行，主要施工流程如下：通電前的檢查→硬件試驗→程序裝載及系統(tǒng)啟動→冗余試驗→組態(tài)檢查及畫面測試→鍵盤功能測試→打印及拷貝測試→輸入輸出通道試驗。其中調(diào)試要點如下：

（1）通電前的檢查

主要包括調(diào)試環(huán)境、接地系統(tǒng)、硬件、電纜接線、電源及UPS系統(tǒng)檢查等。確保系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備已安裝完畢，供電、照明、空調(diào)等符合調(diào)試要求；儀表接地系統(tǒng)、保護接地系統(tǒng)的接地電阻符合設(shè)計文件要求；系統(tǒng)內(nèi)控制站、操作臺、工程師站等各機框內(nèi)插卡、適配器及其接口的型號、安裝位置與設(shè)計一致，各插卡預設(shè)定旋鈕位置正確；通訊線連接無誤，電源及UPS系統(tǒng)符合設(shè)計要求，電源柜到各設(shè)備的電源線連接正確，絕緣符合要求。

（2）程序裝載及系統(tǒng)啟動

在工程師站安裝系統(tǒng)軟件、應用軟件及數(shù)據(jù)庫。啟動操作站，確認系統(tǒng)正常后，向各臺設(shè)備下裝系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)庫文件，啟動控制網(wǎng)絡上的全部節(jié)點，并確認系統(tǒng)狀態(tài)顯示正常。調(diào)出系統(tǒng)診斷畫面，利用測試程序?qū)刂普?、操作站等進行診斷，確認系統(tǒng)運行正常。

（3）冗余試驗

主要包括安全控制系統(tǒng)電源冗余試驗、現(xiàn)場FBM輸入輸出模塊電源冗余試驗、總線冗余試驗、控制站處理機冗余試驗、點冗余和卡件冗余試驗。當緊停系統(tǒng)用到專門的輸入輸出安全模塊（如西門子的S7-400FH系列模塊）時，需對緊?；芈冯娫慈哂嗯渲眠M行試驗。制氧DCS常有2臺以上的冗余處理機，控制站處理機冗余試驗應確保冗余處理機能和主處理機同步實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。

（4）組態(tài)檢查及畫面測試

主要包括系統(tǒng)狀態(tài)畫面（state）測試、總貌畫面（overview）測試、流程畫面（flow）測試、回路畫面（loop）測試、趨勢畫面（trend）測試、報警匯總畫面（alarm）測試、報表畫面測試等。

2.2.4 儀表回路試驗及功能試驗

回路試驗應根據(jù)現(xiàn)場情況和回路的復雜程度，按回路位號和信號類型合理安排試驗的順序[2]。開關(guān)量信號和模擬量信號，都應在可輸入信號的最前端輸入信號，把邏輯狀態(tài)變化的觀察放在最末端，并同時檢查人機界面的指示及控制是否正確。同時應一次完成每個回路及聯(lián)鎖分支的覆蓋，避免遺漏和人力物力的浪費，確保調(diào)試進度和質(zhì)量。

功能試驗主要包括運算功能、控制功能、報警聯(lián)鎖功能的試驗[2]。應根據(jù)現(xiàn)場施工及工藝試車進度要求，逐點連接控制室至現(xiàn)場電纜，通過在現(xiàn)場加信號進行整個回路的試驗，并逐個回路投用。

2.2.5 DCS與電氣及ECS的接口試驗及控制電氣設(shè)備試運轉(zhuǎn)

（1）DCS與電氣及ECS的接口試驗

主要包括DCS與高壓柜、低壓柜、勵磁控制屏、現(xiàn)場電氣控制盤及電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）的接口試驗。

（2）DCS控制電氣設(shè)備試運轉(zhuǎn)

DCS與電氣及ECS接口試驗完成后，先在電氣設(shè)備主回路不帶電的情況下進行空操作控制試驗，確保動作的邏輯關(guān)系正確、聯(lián)鎖功能正常，而后再由DCS控制電氣設(shè)備的試運轉(zhuǎn)。試運轉(zhuǎn)的主要設(shè)備包括各大壓縮機組電機及潤滑油系統(tǒng)、水處理泵組、水冷泵組、分子篩加熱器、膨脹機油系統(tǒng)、低溫液體泵組等。

2.2.6 工藝參數(shù)精調(diào)

制氧系統(tǒng)有很多復雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且檢測參數(shù)間關(guān)聯(lián)性強，涉及流量、溫度、壓力、液位、純度等。在系統(tǒng)投運后，需要對各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計算系數(shù)、設(shè)定值及比例度、積分時間、微分時間等進行試驗調(diào)整，以獲得最佳運行工況。

3 重點、難點及關(guān)鍵環(huán)節(jié)的調(diào)試技術(shù)

3.1 控制回路試驗

控制回路試驗時，當有閥門定位器時應同時對其進行試驗。執(zhí)行機構(gòu)的動作方向應符合設(shè)計文件的規(guī)定，試驗時應做到按時序、邏輯關(guān)系加入條件信號對回路進行確認，并調(diào)整到設(shè)計文件規(guī)定的工作狀態(tài)。

當閥門不僅要參與連續(xù)調(diào)節(jié)，而且在故障情況下要實現(xiàn)緊急全開或全關(guān)時，對閥門選型也要進行確認，如膨脹機緊急切斷閥要求閥門是氣開閥，空壓機防喘振閥要求閥門是氣閉閥等。

3.2 離心式壓縮機防喘振控制組態(tài)檢查

喘振是離心式壓縮機的固有特性，壓縮機喘振極具破壞力，當即將發(fā)生喘振時，需采取措施，防止壓縮機進入喘振狀態(tài)運行。防喘振組態(tài)檢查極為重要。

（1）喘振曲線設(shè)定

設(shè)備聯(lián)試前通過喘振試驗確定喘振曲線，改變壓縮機可調(diào)葉片的開度，使壓縮機處于喘振狀態(tài)，系統(tǒng)以最快掃描速度掃描喘振情況，得出喘振曲線，作為防喘振控制的設(shè)定值。一般應在喘振曲線右側(cè)10%流量位置設(shè)置控制線，在控制線位置開始調(diào)節(jié)防喘振控制閥，實現(xiàn)防喘振控制。

（2）防喘振閥控制

防喘振閥常采用快開慢關(guān)自適應控制，應根據(jù)壓縮機出口的壓縮比變化率或壓力變化率，通過現(xiàn)場測試合理設(shè)置閥門調(diào)節(jié)參數(shù)，使壓縮機組在即將發(fā)生喘振時，防喘振控制系統(tǒng)能快速響應，適度打開閥門以防喘振的發(fā)生，在完成保護后關(guān)閥過程中避免新的喘振沖擊，確保機組平穩(wěn)、高效運行。

3.3 壓縮機起停條件及控制邏輯試驗

（1）壓縮機起動條件

在試車過程中，經(jīng)常會遇到起動條件不滿足，壓縮機不能順利起動的情況，各大壓縮機組起動條件不完全一樣，但大致如下：

壓縮機入口閥處于電機起動位置，電氣系統(tǒng)正常，無聯(lián)鎖停車事故，潤滑油油溫達到起動條件，油箱壓力正常，潤滑油箱出口油壓達到壓縮機允許起動值，主電機及壓縮機的冷卻水流量正常，電機再起動限制已解除，機旁柜允許起動信號燈亮，電機允許起動。同時必須保證DCS在收到電氣系統(tǒng)允許加載信號后才能對電機加載。

（2）機組輔油泵控制

各大機組的輔油泵一般均為2臺，互為備用。當先起動的輔油泵不能滿足油壓要求時，另一臺泵自動起動，對其控制應做到“先起先停，不分主備”，壓縮機正常起動后，齒輪泵運行維持正常油壓，通常延時1 min后停輔油泵，當壓力低于設(shè)計值或電機停車時，再自動重起輔油泵。一般情況下，輔油泵在電機停車1 h后再停止運行。

（3）緊急停車系統(tǒng)及重要安全回路聯(lián)鎖調(diào)試

大型制氧機組一般都采用安全控制系統(tǒng)實現(xiàn)緊急停車，它接受現(xiàn)場停車條件、參數(shù)計算和監(jiān)控停車條件，與DCS通訊聯(lián)絡。緊急停車系統(tǒng)在制氧站是作為DCS停車的安全冗余配置的，在DCS故障、失效、判斷錯誤時實現(xiàn)緊急停車，確保空分裝置安全。應檢查緊急停車系統(tǒng)數(shù)據(jù)與DCS處理機通訊正常，確保兩者數(shù)據(jù)能同步更新。

需對重要的聯(lián)鎖組態(tài)進行檢查試驗，如液空制氧系統(tǒng)的 MSPL（major safety protective loop）等進行重點檢查，對空分塔內(nèi)的一些重要的溫度檢測點，可用液氮進行測試，確保功能正常。

3.4 組態(tài)臨時變更管理

由于現(xiàn)場安裝條件限制，DCS邏輯組態(tài)變更在調(diào)試階段十分頻繁，應建立簡潔的變更管理流程，按組態(tài)工作單完成組態(tài)后，組態(tài)的任何增刪及修改，需經(jīng)過有效的審查和風險評估，并征得工藝負責人同意，辦理操作票，并作詳細記錄。組態(tài)變更實行閉環(huán)管理，所有變更都應可追蹤、查閱[3]。

4 結(jié)語

大型制氧站DCS調(diào)試技術(shù)比較復雜，需要科學、合理地組織，也需要豐富的經(jīng)驗。目前經(jīng)我公司施工已投運的各套空分制氧站運行穩(wěn)定、可靠。經(jīng)過認真總結(jié)，這一技術(shù)已經(jīng)成熟完備且具有廣泛的適用性，以前施工過程中遇到的技術(shù)難點將會在很大程度上得以解決。

[1] 龐忠軍.IndustrialIT DCS在空分控制系統(tǒng)中的應用[J].自動化儀表，2007，28（增刊）：163-165.

[2] GB50093-2013，自動化儀表施工及質(zhì)量驗收規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[3] 何朝均.核電站 DCS 調(diào)試[J].中國儀器儀表，2013（8）：49-52.■