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利用CCS系统组态软件提高机组操作安全的应用

文档作者：张文华文档来源：浙江能源集团伊犁新天煤化工有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年06月05日
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www.etyjx.com 2016年 第7期
通用机械54
石油/化工通用机械
GM in Petroleum &amp;amp; Chemical Industry
利用CCS系统组态软件提高机组
操作安全的应用
浙江能源集团伊犁新天煤化工有限责任公司 （新疆 835000） 张文华
【摘 要】针对伊犁新天煤化工有限责任公司针
对操作人员岗位编制精简和操作经验的不足，为了保障
操作安全在关键设备压缩机控制系统的设计实施阶段，
就做了充分考虑。为解决操作安全问题采用了CCS压缩
机组控制系统，通过对控制方案的优化和通过组态方案
的细节上用程序和画面脚本编写防止错误操作的限制；
通过操作面板的优化，机组过程报警的管理等方面来提
高机组操作的安全性。
【关键词】CCS 压缩机控制组态软件 联
锁操作面板 操作安全
一、前言
CCS系统英文全称为Compressor Control System，
即压缩机控制系统。它是根据压缩机组的控制特点，在
压缩机组一体化控制的基础上，突出了压缩机控制，实
现压缩机的节能自动控制的系统，是大型机组控制技术
的进一步发展。
CCS系统卡件具有在线更换的功能，控制程序可以
在线修改下装，系统电源为冗余供电配置。系统硬件、
软件均通过 TUVAK6 级安全认证，是可靠的大型机组
控制系统。CCS 主要控制包括机组的负荷调节，机组
的防喘振控制，汽轮机的调速控制，机组内部单元设
备的控制、程序控制和联锁控制, 机组内部单元设备中
的仪表和执行机构的显示控制等。可以通过CCS 操作
站对机组内部单元设备进行远程起停和操作, 也可以通
过CCS 操作站对机组内部单元设备进行详细的报警和
监控, 还可与主控制系统 ( DCS 控制系统) 进行数据通
信。CCS 与 DCS 控制系统结构如图1所示。
图1 CCS 与 DCS 控制系统结构示意
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作，系统会稳定需要的操作少，也就降低操作风险。
对这些控制回路的控制方案经过了详细论证和完
善，比如速度控制依据压缩机在开车过程中负荷随转速
升高而变化的特点，按照升速阶段分段设置不同参数使
自动控制始终能投用。在机组试车期间，进行了投用试
验，通过制造干扰的方式调整控制参数使控制能适应工
艺参数波动的情况，使自动控制抗干扰能力提高，更稳
定。
3. 安全限制控制程序
在特殊工况下，工艺参数变化迅速，如果操作经
验不丰富的操作人员很难应对，安全限制程序可以起到
很好的辅助操作作用。
空压机CCS系统，采用了出口压力高限控制，当出
口压力高于限制值时，限制控制器会快速打开卸压放空
阀使出口压力回到正常范围，在压力低于限制值内的波
动卸压放空阀不会误打开。
防止超速控制，在压缩机突然卸载时，压缩机功
率迅速减少，机组转速会快速升高，为了防止超速发
生，程序设计了防止超速功能，当速度测量值高于设定
值50r/min时，程序会快速关小调速阀，使速度降低，
当速度测量值不高于设定值50时，转为PID自动控制。
4. 无扰动切换
无扰动切换对于自动控制操作非常重要，对于复
杂控制回路如压缩机性能控制，在出现波动大或异常时
需要解除串联控制，这就要求组态方案是无扰动控制，
无论什么状态下，输出都不能出现波动。
对于某些控制需要在开车初期在CCS上操作，装置
运行正常后需要在 DCS上操作的回路，要考虑设定值
和输出值的相互跟踪实现切换不出现扰动。
5. 仪表故障处理
系统仪表都采用的智能变送器，具有当变送器故
障时输出能直接到故障值。CCS系统对每个模拟量回路
做了变送器故障报警，第一时间提示操作员。对于自动
控制回路，当收到变送器故障信号时，解除自动控制，
同时保持输出不变，发出报警提示。
三、优化操作画面
1. 操作画面布局
操作画面有公共显示区和画面切换区，公共显示
是所有画面都显示的部分，包括以下内容（见图3）。
伊犁新天煤化工公司是一个新建的企业，装置是
长周期不间断运行，装置机组的安全、平稳运行是非常
重要的，操作人员需要24h连续操作，因此系统操作的
安全可靠合理是保证装置机组安全操作的条件。本文通
过介绍康吉森CCS系统组态软件实现压缩机重要参数的
控制、联锁保护、设备控制等，采用优化操作面板、完
善机组过程报警管理等功能提高了操作的安全性。
压缩机是煤化工装置的核心设备。目前各装置机
组的控制系统采用康吉森CCS系统，共计7套，以空分
装置的空压机组系统为例，来说明利用CCS即压缩机控
制技术对空压机、增压机和驱动汽轮机的控制策略提
升，提高机组安全操作的实现。
二、控制方案是安全操作的保障
大型空分装置的空压机控制方案比较复杂，空压
机组CCS系统的主要控制如下。
（1）辅助系统控制主要包括：润滑油系统的油
压控制、油温控制、机泵控制。
（2）汽轮机控制主要包括：开车升速顺序控
制、速度控制、末级喷淋阀的控制、末级保护停车、
盘车电动机控制、密封蒸汽控制以及凝结水液位控制。
（3）压缩机控制主要包括：空压机入口导叶控
制、防喘振控制、出口压力控制以及加载/卸载等。
在紧急情况下，人的判断和操作往往是滞后的、
不可靠的，如果控制方案的操作复杂容易出现错误。为
此采取了以下措施。
1. 控制方案在操作画面上表述
这就要求组态人员在组态控制方案时考虑操作员
的需求，将复杂的控制方案简单明确地表述在操作画面
上，使操作人员能理解控制方案，并按照其操作。如图
2所示。
图2 控制方案画面
2. 投用自动控制减少操作风险
控制回路如果能投用稳定的自动控制来辅助操
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图3 操作画面布局
1）最新报警显示：此处显示最新产生的报警/事件
信息，颜色为红色，报警确认后该处报警信息也自动消
失。报警消音按钮：当有报警发生时该按钮上字体颜色
为红色，确认后变为黑色，单击该按钮可跳转到报警显
示窗口。
2）通信指示：通信正常时两绿灯交替闪烁，故障
时两灯停止闪烁。
3）历史报警按钮：单击历史报警按钮，监控画面
切换为报警/事件详细列表。
4）登录窗口：单击弹出登录窗口，登录后登录框
中显示登录级别。所有操作的按钮或输入分为不同的权
限，按照登录用户的权限设定了不同的操作范围，防止
了错误操作的可能。
5）打印按钮：单击打印按钮，打印机会将整个屏
幕窗口复制打印到PDF文件或打印机上。
6）画面切换按钮：单击不同的按钮显示相应的画
面。
7）重要参数显示：显示整个机组中重要的参数，
使操作人员始终能监视这些参数，不会因为切换画面而
被覆盖。
8）监控画面：显示画面切换按钮单击后的相应的
画面都在此处显示。
9）模拟量显示：当模拟量指示在不同状态时颜色
将发生不同变化。
2. 明确的操作显示信息
如图4所示，详细定义了参数显示含义，如变量报
警颜色，显示数值位数，开关阀的颜色等在组态前都做
了详细规定。全厂每台机组控制操作画面都是统一的，
为操作人员和维护人员提供了方便。
图4 操作显示信息
3. 操作限制保护
对于数值输入的操作如给定值输入，设置有数值
范围限制，当超过限制范围时不能输入，弹出提示窗
口，如图5所示。防止了错误输入造成的错误发生。
所有的开关按钮操作都设有两次确认窗口，并有
简单的操作提示，防止操作失误的发生。
图5 错误提示窗口
4. 逻辑关系清晰的联锁停车画面
空压机组的停车联锁条件由汽机联锁、空压机联
锁和增压机联锁三部分组成。所有停车联锁又分为延时
跳车和非延时跳车两种，前一种跳车延时1s用来压缩机
卸载，后一种直接跳车。为了保证机组在故障时能立即
停机保护压缩机，同时要考虑误停车造成装置停工的重
大损失。CCS联锁操作画面上，操作人员看到的是动态
的逻辑关系，清晰明了。逻辑图线条动态变色，正常为
绿色，当逻辑的条件达到报警值时，显示黄色，用以提
醒操作人员。当达到联锁值时，显示红色。将下层的逻
辑图绘制到流程图上，每个显示点都来自下位程序，这
样每一次动作在联锁图上显示的就是实际的情况，不会
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引起上层和下层不一致的情况，从而提高了操作的安全
可靠性。联锁条件的投用和切除及手动停机等的操作按
钮为了安全起见，操作时弹出对话框，经过二次确认后
再将结果送出。这样，联锁逻辑图比较清晰，操作人员
不会误操作，提高了操作人员的操作可靠性。
第一事故记录，当联锁发生后，在逻辑图上显示
第一个触发联锁的条件，方便操作人员快速找到事故原
因，处理好后，快速恢复生产。联锁图如图6所示。
图6 连锁图
5. 控制操作画面
控制操作画面充分考虑了操作时要参考的信息，
提高了操作的可靠性。如：机组起动和速度控制画面，
将起动顺序逻辑实时数据曲线相关工艺参数显示在一
起，通过控制操作输入和操作按钮结合和调整工艺控
制，操作信息明了，方便操作决策。如图7所示。
图7 控制操作画面
其他控制操作，最大可能地将操作决策信息放在
控制操作画面上，为操作人员正确决策和快速准确处理
提供基础条件。
四、完善报警管理
CCS系统的报警分为过程数据报警和系统报警。系
统报警是系统卡件和回路的硬件状态报警，CCS系统的
硬件由于是三重冗余的，一般都会在故障前有明确的报
警提示，留给用户在线更换卡件或通过强制故障回路点
后处理回路故障的时间。早发现系统故障是避免事故的
关键。系统硬件状态通过系统内部函数编写硬件报警逻
辑，直接显示在报警画面上，编制通信状态程序实现网
络通信报警。电源状态和机柜风扇状态都在系统报警中
显示，提高了硬件的可靠使用。
过程数据报警是工艺参数出现了超出设计的正常
条件，如测量值达到报警限定值，测量回路出现开路
等，用于提醒操作人员，调整操作恢复到正常值。目前
装置都实行通岗操作，一个操作员同时监控几个岗位，
在出现工艺波动混乱的情况下，报警过多，会造成操作
人员来不及查看，不能分清重要的和一般的报警，耽误
宝贵的处理时间。在CCS系统组态时，对机组报警进行
分类，将相互有关联的参数为一组，按照参数重要性分
等级，根据组态取出各个功能块的报警标志。使用画面
脚本VB进行编程，一旦检测到有报警信息，按照不同
的级别和区域弹出报警窗口和操作提示（见图8），为
操作人员及时发现报警和处理报警提供最好的辅助。
这样进行组态，可以对报警进行有效的管理，操
作人员迅速地找到报警点，有效地进行处理，大大提高
了操作的安全可靠性。
图8 报警处理
五、完整的控制操作记录
通过下位程序和上位画面的脚本编程，对每个操
作站的每次控制操作都做了操作记录。操作人员为此上
岗时要登录自己的操作密码，以后的所有控制操作的内
容和时间都详细记录。通过操作记录可以分析操作人员
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石油/化工通用机械
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Orbit轨道球阀在石化装置中的应用
及故障分析
大庆石化公司化肥厂 （黑龙江 163714） 刘醒愚 杨晓峰 宋文明
【摘 要】轨道球阀具有开关无摩擦，密封面不
易泄漏，开关行程短等特点，特别适合于操作频繁、运
行温差大，对阀门本体密封要求苛刻的条件下运行。介
绍了Orbit阀门的结构形式特点、开关原理及在化肥装
置分子筛系统中的使用情况，并对历次出现的故障进行
分析，对此类阀门的使用、维护及故障排除提供了借
鉴。
【关键词】Orbit轨道球阀无摩擦开启 密封
面轨道阻塞 安装方向
一、前言
1. 工艺概况
某石化公司合成氨装置分子筛系统为2005年扩能
改造时新加工艺，作用为进一步消除经合成气压缩机
低压缸压缩后合成气（主要成分为氢气、氮气）中的
水分。分子筛系统由两套设备并联运行，48h为一完整
运行周期，一台在运行时，另一台进行再生，每24h两
套设备进行一次切换。合成气操作压力为7.24MPa，
运行时合成气操作温度为10℃，再生时操作温度为
288℃，工作温差大。由于工况操作频繁，工作温差较
大，同时对介质的无泄漏要求等级高，系统中的频繁
操作的切断阀如选用传统的闸阀、球阀等难以保证装
置长周期运行。最终该系统的切断阀选用了Orbit轨道
球阀。
2. 阀门及品牌简介
Orbit阀门公司成立于1912年，该公司于1936年
首次推出“轨道球阀”，并获得了专利认证。1978年
Orbit 公司开始全面生产气动执行器，供Orbit 球阀使
用。1999年被收购并入Cooper Cameron阀门集团旗下。
轨道球阀是一种特殊结构的切断阀门，通过阀杆
上的精密螺旋曲线槽轨道，与嵌于其内的导向销相互作
用，带动球体随阀杆旋转完成阀门开关。具有开关无摩
擦，密封面不易泄漏，开关行程短等特点，特别适合
于操作频繁，运行温差大，对阀门本体密封要求苛刻的
操作的合理性，为找到最佳操作方法提供了条件。
六、结语
煤化工厂每次大的工艺波动或意外停车事故，都
会造成很大的经济损失，操作人员没有正确反应或错误
的操作是引发安全事故的重要原因。通过利用CCS系统
的组态功能及上位画面脚本编程的有效结合，精心进行
组态，用程序自动防止操作失误。操作面板的优化及报
警分类管理的实现，大大提高了操作质量，避免误操作
的可能性，从而达到保障安全生产及保障经济效益的目
的。
（收稿日期：2016/05/06）

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