CCS 控制系统和调速控制系统在重油催化裂化装置中的应用

王 军 陈帮明 东立明

（中国石油兰州石化公司电仪事业部）

重油催化裂化装置反应再生单元中，汽提后的催化剂在沿着待生立管下流进入再生器的过程中，与上升的主风（由主风机提供）逆流接触，混合开始烧焦，完成焦炭和CO 的燃烧。主风机机组在催化裂化中具有十分重要的作用，它是催化裂化装置的“心脏”设备，必须连续运转。 若主风机停运，则会导致催化裂化装置停产。 从工艺角度而言，主风机的主要作用有：提供烧焦需要的氧气， 保证再生器内的催化剂处于烧焦状态，使再生器内压力平衡。

在此，笔者探讨了CCS 控制系统和调速控制系统在重油催化裂化装置中的应用，以确保主风机机组的长周期连续运转。

1 CCS 控制系统

主风机CCS 控制系统的硬件核心是基于三重模件冗余（TMR）容错结构的容错控制器TRICON，软件满足IEC 1131-3 的要求。 TRICON 的每个制造机构 （包括制造设备） 都获得了ISO 9000 认证，并通过TUV AK6 认证。

TRICON 系统有3 个主处理器， 其工作方式为3-2-1-0 或3-2-0。 每个扫描周期各主处理器之间都通过TriBus 进行通信，以达到数据同步。系统中所有的I/O 信号都要经过硬件的三取二表决。TriBus 表决数字输入数据、比较输出数据，并将模拟输入数据拷贝至各主处理器。 主处理器执行控制程序把控制程序所产生的输出送给输出模块。TRICON 三重冗余硬件结构如图1 所示。

图1 TRICON 三重冗余硬件结构示意图

数字量输入信号在DI 模块中被分成隔离的3 路， 通过3 个独立的通道分别送至3 个主处理器中进行三取二表决； 纠正偏差后的数据通过3条I/O 总线被送到DO 模块，并在DO 模块中通过方形表决电路进行再次表决。 同样， 模拟量输入信号在AI 模块中被分成隔离的3 路， 通过AI 模块上每个分电路的模数转换器把模拟量转换成12 位的数字量，用32 位的协处理器进行处理，每个主处理器采用选取中间值的算法读取正确值，并纠正所有分电路中的偏差。 主处理器输出的模拟量信号在AO 模块的模拟输出选择器中进行选择，以确保输出信号的准确性。

TRICON 系统最大的特点是可以通过三重模件冗余结构提供容错能力。对于每个I/O 模块，系统支持一个可选的热备模块。如果装有热备模块，则在运行中当主模块发生故障时， 备件可投入控制。 每个主处理器上有一个专用的I/O 通信处理器， 用于管理主处理器和I/O 模块之间的交换数据。

2 调速控制系统

2.1 系统控制模式

调速控制系统进入正常运行后， 主操界面由3 部分组成：选择开关、调速按钮/转速设定和启停按钮。 此时，系统有6 种控制模式：

a. CCS/就地控制模式。 即在主控室利用CCS系统进行操作控制和在现场利用操作盘进行操作控制。

b. 冷态/热态启动模式。冷态启动模式为通常情况下的启动状态，停车5h 内再次启动为热态启动模式。

c. 手动/自动模式。 手动模式为常态模式，是以转速为控制变量的单回路控制； 自动模式是以压缩机入口压力为主变量、 汽轮机转速为副变量的串级控制。

d. 运行/超速模式包括运行模式（进入正常运行模式r101A_MODE=6）、超速模式（进入超速模式r101A_MODE=8）和正常运行模式（选择开关处于CCS 控制+冷态启动+手动模式+运行模式）。

e. 升速/降速模式 （图2）。 调速按钮由 “升速”、“保持”、“降速” 按钮组成。 这3 个按钮为组合式三选一按钮，即在任何时刻只能有一个选择、只能输出一种结果（以紫色作提示）。 具体操作方式为： 当升速按钮按下时（e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==1）， 转速设定值将一直以10r/s的速度上升，直到按下保持按钮；当降速按钮按下时 （e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==2），转速设定值将一直以10r/s 的速度下降，直到按下保持按钮；当保持按钮按下时（e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==0），停止转速设定。

f. CCS 转速目标设定模式， 即直接用键盘输入转速给定值。 机组所有升降速都是通过改变目标转速来实现的，目标转速的给定十分复杂，包含各阶段模式判断、升降速率、临界区快速通过、是否串级等各种因素。

图2 升速/降速选择逻辑

TARGET_GENERAE 功能块的作用是产生与汽轮机升速曲线相对应的各调速模式下的目标转速。 当机组转速调节为手动调速模式时，转速的控制是以r101A_SPDSPA （目标转速） 为给定、r101A_SPEED（实测转速）为反馈的单回路控制 （工艺正常操作运行状态）。 TARGET_GENERAE 功能块和SRAMP04 配合使用， 用于输出目标转速。

调速输出主要是通过VPID_LIMITER_05 模块实现的，该模块的主要功能是根据目标转速与实测转速之间的偏差值， 通过PID 参数计算，给主汽门一个百分开度值。

2.2 实测转速计算

主风机机组共有6 个转速探头：1 个用于就地转速显示，3 个用于超速联锁三取二保护停车（联锁值8 011r/min）， 剩余2 个探头的检测值通过SPD_SELECT03 模块运算后输出机组转速（r101A_SPEED）用于速度调节，如图3 所示。

图3 转速选择逻辑

实测转速（r101A_SPEED）的输出值包括：

a. 当两个速度探头都正常时，输出高值；

b. 当有一个探头故障时，输出另一个正常探头的转速值；

c. 当两个探头都故障时，输出0。

2.3 目标转速的安全限位

为了保障机组的安全运行，系统对不同模式下的目标转速作了最大值 （r101A_SPDMAX）、最小值（r101A_SPDMIN）限位。 具体限位值根据机组的调速模式不同而不同。

目标转速最大值、最小值限制逻辑如下：

a. r101A_MODE＜2，r101A_SPDMAX=0；

b. r101A_MODE=3，r101A_SPDMAX=1000，r101A_SPDMIN=0；

c. r101A_MODE=4，r101A_SPDMAX=2000，r101A_SPDMIN=1000；

d. r101A_MODE=5，r101A_SPDMAX=6935，r101A_SPDMIN=2000；

e. r101A_MODE=6，r101A_SPDMAX=7418，r101A_SPDMIN=6935；

f. r101A_MODE =7，r101A_SPDMAX =7418，r101A_SPDMIN=1000；

g. r101A_MODE=8，r101A_SPDMAX=12000，r101A_SPDMIN=6935。

3 结束语

CCS 控制系统在汽轮机转速控制中的应用使得机组运行稳定，提高了自动化控制程度。 机组调速控制系统满足了各种生产工况的要求，使系统工作在稳定可靠的环境下，为装置的长周期稳定运行提供了坚实的基础。