MTP装置烃压缩机安全继电器的控制策略优化*

李 文 兰向军 张 冰 张新民

(神华宁夏煤业集团烯烃一分公司)

MTP装置烃压缩机安全继电器的控制策略优化*

李 文 兰向军 张 冰 张新民

(神华宁夏煤业集团烯烃一分公司)

针对MTP装置烃压缩机安全继电器存在的输入回路接线复杂、端子松动、控制程序逻辑不完备和高频误动作问题，提出安全继电器硬件控制回路与逻辑优化、软件控制逻辑优化策略。优化改造后，降低了安全继电器误动作的频率。

烃压缩机 MTP装置 安全继电器 硬件回路接线 软件逻辑优化

神华宁夏煤业集团烯烃一分公司年产50万吨煤基烯烃项目甲醇制丙烯装置(简称MTP装置[1])采用德国鲁奇技术，是世界上第1套工业化应用的煤基烯烃装置，于2010年8月建成并投产[2]。全装置有两台透平压缩机和6台成套小压缩机。其中烃和丙烯透平压缩机是MTP装置的“心脏”，任意一台压缩机停机都会导致全装置停车，并造成物料回流打循环和放火炬。

1 项目背景与改造目的

MTP装置自开车至今，烃压缩机PilZ安全继电器发生两次故障。同时由于安全继电器故障信号604XS5126A/B参与压缩机停机联锁，而联锁触发的结果是防喘振阀电磁阀失电、阀门打开，速关油电磁阀关闭，最终导致烃压缩机跳车。因此，对联锁信号参与安全继电器回路的控制策略进行优化改造，以确保不因安全继电器故障而影响烃压缩机长周期安全稳定运行是十分必要的。

2 PilZ安全继电器工作原理与回路接线

PilZ安全继电器是一款多功能、可自由配置的模块化安全系统，由一个基础模块和若干个扩展模块组成[3]，具有冗余双通道输入、输出功能。它配置了具有隔离和增加辅助接点功能的继电器模块(由几个继电器与电路组合而成)，目的是互补彼此的异常缺陷，降低误动作率。

2.1工作原理

安全继电器通常由铁芯、线圈、衔铁和触点弹簧片组成。当在线圈两端施加一定的电压时，线圈就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁吸引力的作用下克服弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁吸引力随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，使动触点与静触点断开。如此吸合与释放，从而达到导通与切断的目的。

2.2引脚功能与回路接线

安全继电器(图1)由主功能模块SR和扩展功能模块EX两部分组成：SR模块集联锁信号输入、被控对象信号输出与复位功能于一体；EX模块具有单双通道输入、多信号输出控制功能。

当安全继电器处于运行准备状态时，安全触点闭合，电源Power灯绿色表示电源供电正常，通道1、通道2的指示灯绿色表示安全输入回路正常，辅助触点41-42断开。如果输入回路断开，则安全输出触点13-14、23-24、33-34也断开，辅助触点41-42闭合，状态指示灯熄灭。

安全继电器有3种输入回路接线方式：

a. 单通道输入。S21-S22短接，将急停按钮常闭触点连接至S11-S12。

b. 双通道输入，无短路检测。短接S21-S22，将急停按钮的常闭触点连接至S11-S12和S11-S32。

c. 双通道输入，有短路检测。短接S11-S12，将急停按钮的常闭触点连接至S21-S22和S31-S32。

图1 安全继电器结构示意图

安全继电器主副模块各引脚端子的含义见表1。

表1 安全继电器主副模块各引脚端子含义

3 PilZ安全继电器硬件控制回路与逻辑优化

3.1硬件控制回路分析

安全继电器原设计输入控制回路框图如图2所示。MTP装置急停信号功能由两块冗余安全继电器实现，即主功能模块SR01、SR02采用双通道输入法串接三重化数字输入急停信号：操作盘急停按钮信号、辅操台急停信号和机柜间急停信号串接到一入两出安全继电器，其中一组直接经Triconex数字输入卡参与ITCC三取二逻辑实现联锁停车，另一组接到安全继电器第1通道S11-S12；本特利振动信号、超速保护信号与ITCC跳车信号串接后，一组直接参与ITCC三取二逻辑实现联锁停车，另一组接到安全继电器第2通道S21-S22，由两组安全继电器实现硬件冗余联锁跳车功能。安全继电器主功能模块SR01、SR02输出的常开触点13-14、23-24、33-34控制6台速关油电磁阀，扩展模块EX01、EX02输出的常开触点13-14、23-24、33-34控制3台防喘振阀的6个电磁阀，安全继电器单故障信号参与ITCC联锁停车逻辑。

图2 安全继电器原设计输入控制回路框图

由图2可知，本设计主要缺陷是：急停信号硬件串接接线复杂，存在接线端子松动、虚接和误接的隐患，任意一个急停信号故障都会引起压缩机停机；安全继电器故障信号是单点联锁，任意一个继电器故障都会触发联锁误动作停机。为此，将安全继电器输入的各停车信号硬件联锁功能转化为由ITCC软件逻辑组态联锁实现停机，以有效降低压缩机误停机的风险。

3.2逻辑优化

在符合工程应用的前提下，以安全稳定运行为优化目标，设计一套以软件程序组态为主、硬件连接为辅的安全继电器输入控制回路(图3)，彻底规避因安全继电器故障单点联锁或硬件多级串接接线松动而导致的压缩机误停机。

图3 优化后的安全继电器输入控制回路框图

将各急停按钮直接输入至安全继电器的信号取消，在ITCC程序中优化急停信号三取二的控制逻辑。安全继电器的输入端仅保留ITCC联锁逻辑停机的4组信号(A、B、C、D)，A、C两组信号分布在同一DO卡并连接至SR01的第2通道S21-S22，B、D两组信号分布在同一DO卡并连接至SR02的第2通道S21-S22，将SR01、SR02的空通道S11-S12短接，输出通道接线保持不变。同时，在ITCC组态中将两个继电器故障信号做二取二联锁逻辑。

4 PilZ安全继电器软件控制逻辑优化

MTP装置烃压缩机的ITCC控制采用三重化冗余结构，易于组态，且性能安全稳定的TRICON控制器。Tristation 1131支持3种遵循IEC 1131-3标准的编程语言：功能块语言、梯形图语言和结构文本语言。笔者采用功能块语言编程实现联锁逻辑表决功能，继电器输入信号表决逻辑如图4所示。在ITCC程序中分别对三重化信号(急停按钮、速度、振动)进行三取二表决，即A、B、C3个信号两两相或运算后再进行与逻辑运算，最后再对现场急停604HS5602、MTP机柜间急停604ES5603、中控辅操台急停604XS60415、本特利超速保护604SXHH5602和振动604VSHH5100这5组信号进行与逻辑运算，运算结果为0时触发联锁，同时结果经A、B、C、D4个通道输出至安全继电器主模块SR01、SR02的第2通道。

图4 继电器输入信号表决逻辑

另外，在ITCC监控画面醒目位置为安全继电器运行状态设置报警指示，操作人员可以通过显示器监控安全继电器的运行状况，当继电器运行过程中出现故障或接线松动时，监控画面会出现报警闪烁，提醒操作人员及时采取措施排除故障，保证装置稳定运行。

5 应用效果

基于上述分析，在MTP装置大检修期间对烃压缩机安全继电器硬件回路接线和软件控制逻辑进行了改造与优化。优化后，装置运行至今未发生由于安全继电器故障而导致的烃压缩机跳车事故，避免了机组损伤和人员伤亡事故的发生。聚丙烯单产53t/h，价格每吨0.8万元，从停机到启机正常运行至少需要3h，则优化改造后每年减少直接经济损失约127.2万元，为企业创造了可观的经济效益。因此，针对安全继电器控制策略的改进与优化是可行的。

6 结束语

笔者采用降低安全继电器硬件回路接线复杂度和优化软件控制策略的方案，简化了安全继电器输入回路繁杂的硬件接线，降低了继电器的故障率，使得安全继电器故障不再影响烃压缩机的正常运行。通过简单、直观的监控画面报警提醒，操作人员能够在第一时间发现继电器运行状态故障，以便及时排查故障原因并采取有效措施，确保了压缩机的稳定运行，实现了装置安全生产的要求，为企业经济效益达标奠定了坚实基础。

[1] 许力强,徐亚昆,呼宏安.针对GSP气化炉运行参数波动的控制策略优化改造[J].化工自动化及仪表,2013,40(11):1440～1441.

[2] 苏慧,江永军,雍晓静.优化系统操作提高MTP反应丙烯收率的研究[J].广州化工,2013,41(23):138～139.

[3] 邹阳方,孙长春,张文宏.PNOZmulti模块化安全继电器在涂装车间的应用[J].汽车工艺与材料,2008,(11):33～36.

李文(1985-)，工程师，从事压缩机及其控制系统的研究，liwen219@126.com。

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