尹雨春

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)自控公司，遼寧沈陽(yáng) 110000）

管線(xiàn)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)概述

尹雨春

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)自控公司，遼寧沈陽(yáng) 110000）

管線(xiàn)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)是一套既可以獨(dú)立運(yùn)行，又能在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)指揮下運(yùn)行的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。管線(xiàn)用離心壓縮機(jī)組由于要滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行要求，因此控制系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)十分重要，本文將在管線(xiàn)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及布置方面做出相關(guān)論述，并對(duì)其結(jié)構(gòu)組成加以詳細(xì)說(shuō)明。

管線(xiàn)壓縮機(jī) 控制系統(tǒng) 控制盤(pán)

1 管線(xiàn)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)概述

在壓縮機(jī)控制系統(tǒng)UCS（Unit Control System）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案上，每套壓縮機(jī)都提供1套以計(jì)算機(jī)為核心的用于自動(dòng)、連續(xù)地監(jiān)視和控制壓縮機(jī)組及輔助系統(tǒng)運(yùn)行的控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。是一套既可以獨(dú)立運(yùn)行，又能在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)指揮下運(yùn)行的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。本方案可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組的自動(dòng)控制和保護(hù)壓縮機(jī)組安全、連續(xù)、平穩(wěn)、高效運(yùn)行。每套調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)PDS的控制系統(tǒng)作為一個(gè)子系統(tǒng)整體納入相應(yīng)壓縮機(jī)組的UCS中。UCS是壓縮機(jī)供貨商提供的一套綜合控制系統(tǒng)，它是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，各控制子系統(tǒng)采用以太網(wǎng)的形式連接。UCS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口與SCS相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并向SCADA調(diào)度控制中心傳送信號(hào)，接受SCADA下發(fā)的命令。

2 各系統(tǒng)之間的分工描述

整個(gè)壓縮機(jī)組（壓縮機(jī)、電機(jī)、變頻器、干氣密封、外冷卻）及壓縮機(jī)進(jìn)出口工藝管線(xiàn)上儀表及設(shè)備的控制。控制內(nèi)容包括儀表及設(shè)備啟停邏輯控制，設(shè)備供電控制等。具體界面見(jiàn)圖1：

3 UCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)描述

UCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃配置圖，用以描述本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)和設(shè)備間的詳細(xì)通訊及連接方式。在方案中，根據(jù)在類(lèi)似特大型一體化項(xiàng)目上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，充分考慮了UCS系統(tǒng)內(nèi)部及與其相關(guān)控制系統(tǒng)（如：SCS、ESD、BN3500等）的通訊關(guān)系，簡(jiǎn)單概述如下：（1）UCS系統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò) 。該網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)置。1套UCS系統(tǒng)通過(guò)兩組完全獨(dú)立電纜分別連接至兩臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，壓縮機(jī)操作員站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等各單元組成冗余的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。UCS系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)完成與SCS系統(tǒng)的普通信息交換。（2）與SCS通訊。UCS系統(tǒng)與SCS系統(tǒng)進(jìn)行串行通訊，執(zhí)行TCP/IP MODBUS的通訊協(xié)議。UCS和SCS之間的通訊采用全冗余配置，包括接口卡件、電纜等。（3）與BN3500通訊。UCS系統(tǒng)可通過(guò)PLC的CM卡件與BN3500系統(tǒng)進(jìn)行MODBUS 232/485串行通訊。通訊過(guò)來(lái)的BN3500信號(hào)，如振動(dòng)、位移等相關(guān)數(shù)據(jù)可以在UCP中顯示和報(bào)警，并可進(jìn)一步通過(guò)通訊送至SCS顯示；聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)將通過(guò)硬接線(xiàn)在UCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。（4）PDS的控制系統(tǒng)將作為一個(gè)子系統(tǒng)納入到UCS中。UCS與PDS控制系統(tǒng)之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ESD信號(hào)和重要信號(hào)如啟機(jī)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速設(shè)定等采用硬線(xiàn)連接。電機(jī)所需所有儀表信號(hào)接入到UCS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。

圖1 各系統(tǒng)之間分工界面

4 控制機(jī)柜及電源、接地、保護(hù)

UCS系統(tǒng)的主要硬件及附件安裝在IP 54機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜為Rittal機(jī)柜，顏色為RAL 7035，帶皺，規(guī)格：800mm×800mm×2，100mm （DXWXH）（含100mm安裝底板），能前后開(kāi)門(mén)，門(mén)上帶有安全鎖，內(nèi)部裝有風(fēng)扇、照明及空氣過(guò)濾器，電纜從機(jī)柜的底部進(jìn)入，機(jī)柜的上部和下部留有足夠的維修空間。選用鋼質(zhì)雙門(mén)或單門(mén)標(biāo)準(zhǔn)尺寸柜，門(mén)可以180度打開(kāi)，應(yīng)為前或前、后開(kāi)門(mén)，門(mén)上帶安全鎖。電纜/電線(xiàn)由機(jī)柜底部進(jìn)出，盤(pán)/柜內(nèi)配線(xiàn)應(yīng)通過(guò)匯線(xiàn)槽。機(jī)柜的噴漆應(yīng)光潔、美觀(guān)、耐用。機(jī)柜應(yīng)配備散熱通風(fēng)、照明等設(shè)施，進(jìn)風(fēng)口應(yīng)設(shè)便于拆卸、更換的過(guò)濾網(wǎng)。風(fēng)扇的噪音不應(yīng)大于40dBA。機(jī)柜的內(nèi)部的連接導(dǎo)線(xiàn)根據(jù)信號(hào)類(lèi)型以顏色區(qū)分且每根有永久性標(biāo)記，連接導(dǎo)線(xiàn)采用銅芯導(dǎo)線(xiàn)或?qū)Ｓ秒娎|，接線(xiàn)端子之間的連接采用短路片，信號(hào)線(xiàn)與電源線(xiàn)分開(kāi)。UCP外部的電纜/電線(xiàn)與UCP的電氣連接采用接線(xiàn)端子，并且留有20%的余量。

UCP+ESD+BENTLY機(jī)柜；UCS系統(tǒng)的UCP和ESD部分統(tǒng)一安裝機(jī)柜內(nèi)。柜內(nèi)安裝有主系統(tǒng)、機(jī)組控制盤(pán)、接線(xiàn)端子板、24VAC電源等設(shè)備，機(jī)柜內(nèi)將根據(jù)規(guī)格書(shū)的要求安裝和布置接線(xiàn)端子、斷路器、電源分配器安全柵和浪涌保護(hù)器等元件。

SCP柜。本站的機(jī)組負(fù)荷分配選用TS3000系統(tǒng)，柜內(nèi)安裝有TS3000主系統(tǒng)、機(jī)組控制盤(pán)、接線(xiàn)端子板、24VAC電源等設(shè)備。系統(tǒng)后備電池。UCS提供ESD后備浮充電池，以供在緊急狀態(tài)下使用。系統(tǒng)電纜。系統(tǒng)內(nèi)部的各類(lèi)電纜及與以下與第三方系統(tǒng)之間的通訊連（1）UCP至少保留20%的I/O余量，并預(yù)留20%的擴(kuò)展空間。（2）根據(jù)客戶(hù)的要求，將本地儀表連接到現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)箱上。（3）報(bào)警、聯(lián)鎖在畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)。（4）用于ESD回路的浪涌保護(hù)器帶有SIL2等級(jí)認(rèn)證。

接電纜：UCS系統(tǒng)內(nèi)部通訊的電纜；UCS系統(tǒng)與BNC3500通訊的電纜系統(tǒng)供電UCS系統(tǒng)將接受業(yè)主提供的二路的220VAC UPS供電，UCS系統(tǒng)提供專(zhuān)門(mén)的24VDC冗余電源，用于柜內(nèi)其它設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)儀表回路供電。系統(tǒng)接地。UCS系統(tǒng)將采用等電位接地方式，有兩種接地匯流排：保護(hù)地、工作地。接地電阻值要求不大于4歐姆?？梢怨灿靡惶捉拥鼐W(wǎng)系統(tǒng)。浪涌保護(hù)。為了保護(hù)設(shè)備安全和系統(tǒng)的可靠，避免雷電感應(yīng)所引起的電流與電壓引入系統(tǒng)，在所有的儀表信號(hào)傳入接口，執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)接口，供電接口，經(jīng)戶(hù)外線(xiàn)路引入控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置浪涌保護(hù)器或采用繼電器隔離，浪涌保護(hù)器本技術(shù)方案采用MTL產(chǎn)品。

5 機(jī)組控制盤(pán)（UCP）

每座壓縮機(jī)站都應(yīng)配備操作員工作站。與每臺(tái)機(jī)組配套的1臺(tái)HMI圖形操作員工作站應(yīng)為盤(pán)裝型，安裝在UCP上，配備17寸觸摸屏、鍵盤(pán)及鼠標(biāo)。另外提供2臺(tái)放置在中控室操作臺(tái)上的臺(tái)式操作員工作站，用于監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行工況。操作員工作站是操作人員與UCS的人機(jī)接口，操作員通過(guò)它可詳細(xì)了解運(yùn)行情況，并可下達(dá)操作控制命令，從而完成對(duì)壓縮機(jī)組的監(jiān)控和管理。操作員工作站采用工業(yè)級(jí)微型計(jì)算機(jī)，最少應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集及處理、實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)的管理、動(dòng)態(tài)工藝流程及其他圖形的顯示、報(bào)警/事件管理、報(bào)表生成及打印等功能。在遠(yuǎn)程控制模式時(shí)，關(guān)閉操作員工作站不應(yīng)對(duì)UCS的信號(hào)傳輸、運(yùn)行有任何影響。操作員工作站的配置要求詳見(jiàn)數(shù)據(jù)單，其硬盤(pán)的容量不低于2TB。機(jī)柜上設(shè)有指示燈：允許啟動(dòng)、運(yùn)行、停止。按鈕：?jiǎn)?dòng)、正常停止、帶壓停止、泄壓停止。在本次應(yīng)用中，將使用到的主要功能如下：?jiǎn)?dòng)/停車(chē)順序控制 ，負(fù)荷控制，機(jī)組聯(lián)鎖保護(hù)（ESD），速度控制，機(jī)組機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)，時(shí)間同步，離心壓縮機(jī)防喘振控制，工藝管路閥門(mén)順序，離心壓縮機(jī)緊急防喘振系統(tǒng)（EAS），冗余網(wǎng)絡(luò)接口，密封氣系統(tǒng)，潤(rùn)滑油油氣分離器，潤(rùn)滑油系統(tǒng)，離心壓縮輔助設(shè)備，相關(guān)報(bào)警的處理，人工或自動(dòng)就地控制（LOCAL），遠(yuǎn)方自動(dòng)控制（SCS或調(diào)度中心操作模式）REMOTE），OFF停機(jī)，就地控制方式優(yōu)于遠(yuǎn)程控制方式。

［1］廖漢榮.高速離心壓縮機(jī)的油封改造［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2013（4）.