ITCC系统在压缩机控制系统中的应用

姜 漫

（中国石油大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆163714）

关键字：ITCC系统；冗余容错；人机界面；TSxPlus系统平台

某苯乙烯装置PC271 压缩机机组控制系统1996 年投用，调节回路采用气动调节器和现场气动仪表；机组状态监测采用本特利的3300 状态监测系统；调速控制采用TRICONEX 的TS310 调速器；安全联锁采用AB 的Logix5000 系列PLC。但由于设备老化，故障频繁，而且没有备件供应，给安全生产造成诸多隐患。所以须对PC271 压缩机机组控制系统全部更新，确定控制系统更换为美国TRI-SEN 公司的ITCC 系统。更换后经过2 年的运行观察，该ITCC 系统不仅实现了所有生产过程的控制及安全功能，而且系统硬件稳定性更好，操作更灵活快捷，报警的捕捉以及生产的监控更便捷高效［1］。

1 ITCC系统

1.1 系统特点

该系统全称为综合透平压缩机控制系统（Integrated Turbo & Compressor Control System，即ITCC）主要采用集成TRICON 系统硬件和TSxPlus系统平台，提供具有国际先进水平的冗余容错式安全和关键控制系统，保证压缩机PC271 正常生产的转速控制、PID 控制、安全联锁与报警、事故安全联锁动作和投运显示等基本功能［2］。

此外ITCC 系统在保障原控制系统所有功能的基础上，还具有4个技术特点：

（1）更安全，采用三重冗余，单一故障不会导致系统的安全功能丧失；

（2）故障诊断覆盖率大，能够检测并预防潜在的危险，实现从传感器到执行元件整个回路的安全性设计，具有I/O短路、断线等诊断功能；

（3）响应速度更快，从输入变化到输出变化的响应时间一般在15 ms以内；

（4）程序易修改、更灵活，可根据现场及设备的实际需求对软件组态程序进行修改。

1.2 系统结构

1.2.1 系统整体结构TSxPlus 系统采用先进的TMR构架，三重化冗余容错硬件体系，其主处理器和I/O 卡件完全三重化。同时，系统还具有SOE事故记录功能，分辨率为ms级，DI、AI模块本身均支持SOE功能。

1.2.2 主处理器数据流每个I/O 包括独立的三系，输入模块每系读取输入数据，通过IP_BUS 发送给本系过程控制管理站［2］。系统数据流见图1。

图1 系统数据流

三系PM 通过PM_BUS 交换输入数据，每系PM 分别对三份输入数据进行表决，得到的结果用于用户程序的运算，分别得到每系的输出数据。

每系PM 分别将本系输出数据通过IP_BUS发送给DO，DO 将三系输出数据转化为三系输出信号，通过硬件表决电路，得到表决后的输出信号。

AO 从三系PM 收到输出数据后，将数字量信号转换为模拟量信号。三系采用切换式输出，即任一时刻仅有一系输出电流，另外两系不输出。

1.3 系统配置

基本的控制系统包括PM，CM 及I/O，模块外围机架，现场连线及PC。

每个模块作为现场可更换单元，安装在机架内，模块均具备防混淆设计。模块外壳采用金属材质，模块覆盖保护层以确保当模块被移出机架时器件不被暴露在外。系统支持数字量及模拟量输入输出，脉冲量输入及多种通信协议［3］。

2 系统运行及主要特性指标

2.1 转速测量

机组的转速探头信号接入ITCC 控制系统的高精度脉冲卡，可使转速测量精度达到0.01%。

转速探头信号以3-2-1-0 降级顺序工作，在机组正常运转时，采用中选或高选算法选择转速探头信号，而当蒸汽阀开到一定开度而转速却未到设定的最小值时（转速测量异常情况），机组会联锁停机并报警。

2.2 系统特性

TSxPlus 是基于硬件容错安全控制技术的逻辑与过程控制系统，为确保最高可能的系统完整性，该系统具有5个特性：

（1）系统正常运行中可进行模块级现场安装和维护，更换I/O不需拆卸现场接线；

（2）提供智能化输入输出模块降低了PM 的负荷。每个I/O 包括3 个MCU，输入模块MCU 对信号进行转换处理，并能诊断模块自身硬件故障。输出模块MCU 对3 系输出数据进行处理，提供给硬件表决电路，并对回读检测结果进行判断，进行最终输出的确认，并对现场连线进行诊断；

（3）OSP 配合FTA，既可实现独立的工业旋转设备的超速保护功能，也可实现脉冲量输入采集功能。超速保护功能可独立实现无需PM参与；

（4）PM 支持在线更换，更换后的PM 会自动从其他工作PM 上同步工程、运行数据及运行状态，同步完成后，新PM自动运行；

（5）冗余I/O 支持无扰切换，不影响现场设备正常运行。

2.3 冗余容错

当主控制器出现故障时，控制器的全部数据和功能将自动切换到冗余备用控制器，切换过程低于1 s。当主控制器和备用控制器同时产生故障时，系统输出保持在最后时刻的输出数值，或者是处在预先设定的故障安全状态［3］。

3 应用效果

3.1 人机界面

更换后采用HMI（工程师站）和触摸屏为设备提供人机接口。

触摸屏安装于现场操作间机柜上，HMI 安装于DCS 控制室用于远程监控，操作员还能通过触摸屏以及远程HMI 对机组进行调整转速、PID 控制、压缩机启停机等操作。经过2年的压缩机启停车和正常生产操作应用证明，触摸屏人机界面、HMI 远程操作画面信息显示齐全，采用对话框交互式确认操作，减少了操作错误的几率，为操作人员的监盘和操作提供了便利条件。

3.2 PID控制

压缩机的密封蒸汽压差控制、循环水冷却温度控制、密封氮气压差控制等回路原来采用的是气动调节控制回路，其阻尼时间大、控制精度不高，本次改造为PID控制回路，参数控制更准确，控制精度更高，不仅在现场操作间的触摸屏可对控制参数进行设定，而且还升级为远程HMI 可控制设定，操作员能第一时间对突发情况处置操作，更有效的防止事故事件的发生，另外，取消气动调节回路，有助于企业节约能源，降低仪表风消耗。

3.3 SOE功能

工程师站兼SOE 站，兼操作员站，安装于DCS控制室内。相较原PLC 控制系统，ITCC 控制系统新增了SOE 功能（顺序事件记录），可在线记录系统的各类报警及动作事件，存入硬盘，供查询、追溯和打印。同时，增加了GPS 时钟，报警及停机事件的记录具有精准的时间标记，并按事件发生时间顺序记录，更有助于仪表维护人员对故障原因快速定位，提高问题判断的准确性。

3.4 系统集中优化

调速器、安全联锁PLC 系统、气动控制回路、盘装数字显示仪表、3300 状态监测系统五大模块整合优化后，用1 套ITCC 控制系统和3500 监测系统可实现以上全部调控及可视化监控功能［4］。

整合优化后，系统自动化程度提高，系统不仅各功能得到升级，而且设备集中化将大大降低运行维护的故障点，发生异常或故障后技术人员能快速查找并及时排除故障，提高工作效率，同时，优化后的机组控制系统能实时监测机组状态报警信息，提前发现故障点，达到预检修的目的，提高了设备运行长周期，降低了运行维护难度。

另外，3300 状态监测系统升级为3500 状态监测系统，告别棒状指示、按钮查看、报警无记录、系统无诊断的落后时代，优化状态监测的信息管理与故障维护，提供操作人员更多的机械保护信息、历史数据存储、报警事件追忆、计算机编程组态等，同时能与ITCC 控制系统通讯，将机组的内部监测温度、轴振动、轴位移等设备运行参数，在人机界面中显示，实现了机组内部“可视化”。

3.5 转速控制

3.5.1 启机与停机系统更新优化了机组启停机模式，手/自动2 种启机和停机模式，实现了一键自动启机，操作员不用再一直在调速器上按着升速按钮，操作更简便、人性化，手/自动模式可实现无扰动切换。

3.5.2 临界转速避免系统程序内设置了2 个临界转速区域，在启动过程中汽轮机将以设置的较快的速率快速通过临界区，此速率可根据不同汽轮机厂家给出的设定数据进行调整。

3.5.3 正常操作启机暖机后，加速到设置的正常转速控制范围后，操作员可通过人机界面上的手自动开关以及远程/就地切换开关，选择DCS 系统工艺参数为主回路，此时由性能控制器串级控制转速回路，以达到控制工艺参数的目的，另外也可选择由操作员设定控制转速进行调节。

3.5.4 超速保护与测试如果需要测试超速保护功能，可通过超速试验允许/禁止切换开关选择，此时允许超越最大控制转速验证超速保护功能。超速试验将分别测试ITCC 的电子跳车和设备机械跳车功能。操作员可通过电子跳车/机械跳车切换开关选择［5］。

4 结束语

ITCC压缩机控制系统是经过实际应用考验的先进的、高可靠性的常规控制系统+调速专用的机组控制系统，可实现生产过程的系统控制功能、机组调速与监测和设备安全联锁停机，充分满足了石油化工企业的需求。ITCC机组控制系统独立于其他控制系统单独设置，可实现人身保护、环境保护、工厂和设备保护的功能，同时还具有操作监督方便、危险分散、功能分散等先进控制系统的优点，ITCC 机组控制系统为装置平稳生产起到强有力的保障。