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基于CS3000的安全聯(lián)鎖改造和分析

文檔作者：趙文增王立民文檔來源：中油國際·蘇丹·喀土穆化工有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月16日
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第9期趙文增等．基于CS3000的安全聯(lián)鎖改造和分析
基于CS3000的安全聯(lián)鎖改造和分析
趙文增王立民
(中油國際·蘇丹·喀土穆化工有限公司)
摘要針對液相本體法聚丙烯的低壓加收單元的丙烯氣體收集柜存在的設(shè)計(jì)缺陷與安全隱患，基于
Centum CS3000組態(tài)軟件對其安全聯(lián)鎖功能進(jìn)行技術(shù)改造。
關(guān)鍵詞DCS 氣柜液位安全隱患安全聯(lián)鎖改造
中圖分類號TH862+．6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼B 文章編號1000．3932(2013)09．1175-04
此次改造項(xiàng)目是基于Centum CS3000的工業(yè)
過程控制系統(tǒng)，改造工藝針對液相本體法聚丙烯
低壓回收單元，涉及的主要操作設(shè)備是丙烯氣體
收集柜(氣柜)和低壓丙烯氣體回收壓縮機(jī)。通
過實(shí)際操作和分析認(rèn)為，氣柜原設(shè)計(jì)存在缺陷和
安全隱患：氣柜的丙烯氣體進(jìn)氣量完全由操作人
員調(diào)節(jié)現(xiàn)場手閥，沒有遠(yuǎn)程自動控制功能；氣柜測
量信號L14001在DCS上雖然有顯示和報(bào)警，但是
未與火炬排放閥HV4001信號聯(lián)鎖；HV4001是氣
動式球閥，原執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用方式選型不符合事
故安全原則；壓縮機(jī)C．201的電氣控制沒有遠(yuǎn)程
自動啟、停功能；C-201的啟／停功能沒有與氣柜
液位L14001信號自動關(guān)聯(lián)。這些操作缺陷或安
全隱患，不但增加了操作人員的日常工作負(fù)荷，更
重要的是一旦氣柜液位異常失控或排放火炬不及
時，由于手動操作的滯后性和無自保功能，可能造
成水封的鐘罩被頂開，導(dǎo)致氣柜內(nèi)的丙烯氣體大
量泄漏，極易引發(fā)現(xiàn)場著火或爆炸。
1氣柜操作簡述
丙烯氣收集柜z-202是用于儲水的圓柱形儲
罐，上部由鐘罩型圓柱形內(nèi)桶靠水進(jìn)行氣體密封。
鐘罩內(nèi)收集丙烯氣體，丙烯氣進(jìn)氣管和出氣管的
高度都高于水面。隨著氣柜內(nèi)丙烯氣體儲量和壓
力的增加，鐘罩桶就會被氣壓逐漸頂起。鐘罩桶
上安裝有一臺測量液位(高度)變化的變送器
LT4001，信號送至中控室DCS，在DCS操作畫面
上L14001進(jìn)行液位顯示和報(bào)警。鐘罩的正常操
作范圍控制在量程的25％～85％。當(dāng)測量值高
于85％時，操作人員到現(xiàn)場手動啟動C-201進(jìn)
行回收；低于25％時，手動停運(yùn)C-201。當(dāng)出現(xiàn)
液位緊急超高報(bào)警(設(shè)定90％)，壓縮機(jī)負(fù)荷不
能滿足液位控制要求時，操作人員必須在DCS
操作畫面上快速手動遠(yuǎn)程開啟HV4001排放至火
炬。改造前的氣柜液位工藝和儀表控制簡圖如圖
1所示。
q烯氣米『l聚合釜
圖1 改造前的氣柜液位工藝和儀表控制簡圖
收稿日期：201 3-01．15
萬方數(shù)據(jù)
化工自動化及儀表第40卷
2 技改方案
依據(jù)原設(shè)計(jì)，C一201的設(shè)備選型和電氣控制
功能已不具備改造的先決條件。但是，氣柜液位
的測量信號已送至DCS(L14001)；火炬排放閥
HV4001也由DCS遠(yuǎn)程開、關(guān)。分析認(rèn)為，完全可
以利用DCS實(shí)現(xiàn)氣柜液位自動聯(lián)鎖保護(hù)功能。
具體技改方案為：在氣柜進(jìn)氣管線上新裝一臺氣
動式球閥HV4002，由DCS遠(yuǎn)程控制其開／關(guān)位狀
態(tài)信號，并反饋至DCS，按照事故狀態(tài)下的安全原
則，該閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用方式選為氣開式
(FC)；重新選型并更換一臺火炬排放氣動球閥
HV4001，作用方式選為氣關(guān)式(FO)，該閥門的
DCS遠(yuǎn)程控制和閥門的開、關(guān)位狀態(tài)信號DCS組
態(tài)原設(shè)計(jì)已有；兩臺氣動球閥的選型嚴(yán)格遵守事
故安全原則，即在事故狀態(tài)下(如裝置停電、控制
信號失靈及儀表風(fēng)突然中斷等)，HV4002能夠靠
自作用關(guān)閉，HV4001能夠自作用打開；利用
CS3000 DCS組態(tài)軟件，對氣柜液位測量信號
L14001、HV4002和HV4001的控制信號間安全聯(lián)
鎖自保功能進(jìn)行軟件組態(tài)。
改造后氣柜的正常操作是：正常工況下，
HV4002處于打開狀態(tài)，HV4001處于關(guān)閉狀態(tài)。
當(dāng)氣柜液位出現(xiàn)極端高高報(bào)警(≥90％)時，
HV4002立即自動關(guān)閉，HV4001立即自動打開，
切斷氣柜丙烯進(jìn)料并排放至火炬，確保氣柜的安
全操作。當(dāng)氣柜液位恢復(fù)到正常操作范圍并由操
作人員確認(rèn)后，在DCS操作畫面上對開關(guān)
HS4001／2(DCS軟件組態(tài)開關(guān))進(jìn)行復(fù)位，
HV4002又將自動打開，HV4001同時自動關(guān)閉，
氣柜液位的控制又恢復(fù)到正常操作狀態(tài)。改造后
的氣柜液位工藝和儀表控制簡圖如圖2所示，其
中L14001為氣柜液位顯示和報(bào)警信號；I表示
DCS內(nèi)的聯(lián)鎖關(guān)聯(lián)號；HV4001／2為聯(lián)鎖復(fù)位開
關(guān)；HV4002和HV4001兩臺閥旁邊的HS4001和
HS4002分別為DCS操作畫面上兩臺閥的遠(yuǎn)程手
動操作開關(guān)。
丙烯氣來自聚合釜
圖2 改造后的氣柜液位工藝和儀表控制簡圖
3技改的實(shí)施
此改造項(xiàng)目的工藝流程和相關(guān)設(shè)備無需變
動，主要涉及儀表專業(yè)，包括DCS、現(xiàn)場儀表硬件
與軟件。
3．1 硬件
該裝置采用Centum CS3000，其I／0信號有
備用通道，無需新增硬件。但是要新增或更新兩
臺兩位式球閥。根據(jù)儀表專業(yè)工程設(shè)計(jì)規(guī)范確定
需要采購的新設(shè)備，原來的設(shè)備進(jìn)行利舊；按照儀
表專業(yè)施工規(guī)范，安裝兩臺球閥及其附件；敷設(shè)
DCS控制室和HV4002現(xiàn)場之間的控制信號電
纜；配設(shè)HV4002的儀表風(fēng)氣源管線；再根據(jù)儀表
專業(yè)工程設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)如圖3所示的新增儀表
信號接線回路，并依設(shè)計(jì)圖進(jìn)行接線。
3．2 軟件
在軟件方面，對DCS控制功能和聯(lián)鎖邏輯功
能進(jìn)行軟件組態(tài)和系統(tǒng)測試。進(jìn)行軟件組態(tài)時，
對于DCS控制功能塊的選擇和聯(lián)鎖邏輯方案的
設(shè)計(jì)，要求具有較強(qiáng)的安全性、邏輯性、合理性和
可操作性。信號物理地址的分配；定義控制信號
的I／O通道，進(jìn)行DCS控制信號I／0點(diǎn)組態(tài)，具
體見表1。
萬方數(shù)據(jù)
第9期趙文增等．基于CS3000的安全聯(lián)鎖改造和分析
圖3 變送器LT4001和閥HV4002信號的接線回路
表1 DCS信號點(diǎn)和通道定義
定義一個聯(lián)鎖邏輯復(fù)位開關(guān)，采用DCS軟件
內(nèi)部的公共開關(guān)組態(tài)(Common Switch Builder)功
能實(shí)現(xiàn)。該DCS內(nèi)部軟件開關(guān)的功能和硬接線
的開關(guān)功能完全一樣，功能開關(guān)名稱HV4001／2，
位號SW641，通道號％SW0433。
控制功能塊的定義主要是定義控制功能塊的
類型，組態(tài)功能塊的各個參數(shù)。新增的控制功能
塊包括：球閥HV4002信號控制功能塊(HV．
4002)與閥門的開位、關(guān)位回訊信號ZS04002和
ZSC4002的定義。
為實(shí)現(xiàn)氣柜液位測量L14001、HV4001和
HV4002控制信號之間的工藝聯(lián)鎖邏輯保護(hù)動作
功能，利用Centum CS3000的邏輯圖功能，定義一
個聯(lián)鎖邏輯控制功能塊LSl013(圖4)，建立3個
信號之間的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系。
聯(lián)鎖邏輯圖LSl013中的原因和結(jié)果表在邏
輯控制功能圖LSl013中，共有兩個輸入條件、4
個邏輯元件和3個輸出結(jié)果，分別為：輸入條件
LIA4001．ALARM．HH，取自功能塊LIA4001的高
高報(bào)警(≥90％)值；輸人條件SW641．PV．ON取
自復(fù)位開關(guān)HV4001／2聯(lián)鎖復(fù)位的ON信號；邏輯
元件1為置位(S)優(yōu)先型的SRSl-S觸發(fā)器；邏輯
元件2為關(guān)斷延遲型的OFFD定時器；邏輯元件3
為邏輯狀態(tài)取非值的NOT邏輯元件；邏輯元件4
為接通延遲型的OND定時器；輸出結(jié)果HV-
4001．CSV．P2是HV4001功能塊的控制設(shè)定操作
值；輸出結(jié)果HV-4002．CSV．P2是HV4002功能
塊的控制設(shè)定操作值；輸出結(jié)果SW641．PV．L取
自開關(guān)HV4001／2聯(lián)鎖復(fù)位的L信號。
當(dāng)氣柜液位LIA4001在正常測量范圍(25％
～85％)時，LIA4001．ALARM．HH邏輯真值為0。
對SW641進(jìn)行一次復(fù)位，SRSl一S型觸發(fā)器的輸
萬方數(shù)據(jù)
第40卷
削匾巫巫二]一1 L—一l o；一3 圖4聯(lián)鎖邏輯圖LSl013邏輯關(guān)系
出邏輯真值為0；HV-4001．CSV．P2邏輯真值為HS4001和HS4002都可以將HV4001和HV4002
0，排放閥HV4001處于關(guān)閉狀態(tài)；邏輯元件3為打到手動模式進(jìn)行操作。氣柜液位、閥門的開／關(guān)
邏輯NOT元件，HV-4002．CSV．P2邏輯真值為1， 狀態(tài)在DCS操作畫面上有顏色變化顯示，操作直
進(jìn)料閥HV4002處于打開狀態(tài)。SW641由觀方便。該聯(lián)鎖邏輯充分利用了數(shù)字電子邏輯元
SW641．PV．L延遲復(fù)位至OFF狀態(tài)，SW641．PV． 件的功能優(yōu)勢，使操作有較強(qiáng)的邏輯性和合理性，
ON的邏輯真值為0。如置位優(yōu)先型SRSl．S觸發(fā)器及延遲型定時器等。
當(dāng)氣柜液位Z-202出現(xiàn)高高報(bào)警(設(shè)定值≥ 聯(lián)鎖功能是自動實(shí)現(xiàn)，每個信號和每一步動作在
90％)時，LIA4001．ALARM．HH邏輯真值立即變DCS操作畫面上都有聲／光報(bào)警自動提示功能。
為1；將SRSl．S型觸發(fā)器的輸出邏輯真值置位至液位變送器、兩臺閥門的硬件選擇和DCS軟件功
1；HV-4001．CSV．P2邏輯真值變?yōu)?，HV4001立能組態(tài)完全遵循事故安全原則。聯(lián)鎖邏輯功能模
即打開；HV-4002．CSV．P2邏輯真值變?yōu)?， 擬測試方便，通過DCS操作畫面調(diào)用液位控制功
HV4002立即關(guān)閉。兩臺閥邏輯上的同時動作， 能塊LIA4001，修改高高報(bào)警設(shè)定值，可以很方便
確保了氣柜液位處于事故下的安全狀態(tài)。地模擬液位異常聯(lián)鎖動作功能。
當(dāng)氣柜液位Z一202恢復(fù)至正常范圍后， 5 結(jié)束語
LIA4001．ALARM．HH邏輯真值變?yōu)?。操作人氣柜液位安全聯(lián)鎖邏輯技術(shù)改造方案在該裝
員確認(rèn)后，操作一次聯(lián)鎖復(fù)位開關(guān)SW641，使置進(jìn)行大檢修時付諸實(shí)施，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)試合格后投
SW641．PV．ON的邏輯真值變?yōu)?，將SRSl-S觸入正式運(yùn)行。目前運(yùn)行平衡，聯(lián)鎖邏輯功能系統(tǒng)
發(fā)器的輸出邏輯真值復(fù)位至0。HV-4001．CSV． 運(yùn)行非常穩(wěn)定。在此期間，已經(jīng)出現(xiàn)過兩次因氣
P2邏輯真值又變?yōu)?，HV4001處于關(guān)閉狀態(tài)； 柜液位異常高高報(bào)警，而引起聯(lián)鎖邏輯保護(hù)功能
HV-4002．CSV．P2邏輯真值又變?yōu)?，HV4002處自動完成，較好地實(shí)現(xiàn)了氣柜液位的安全保護(hù)。
于打開狀態(tài)。氣柜的進(jìn)料操作和液位控制又恢復(fù)此技術(shù)改造措施完全符合工控系統(tǒng)和測量儀表相
至正常操作工況。關(guān)的安全設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。消除了聚丙烯
4改造后的技術(shù)特點(diǎn)裝置氣柜液位操作和控制過程中的生產(chǎn)隱患，降
聯(lián)鎖邏輯功能無需操作人員干預(yù)，自動實(shí)現(xiàn)低了裝置的操作風(fēng)險(xiǎn)，安全運(yùn)行效果明顯，經(jīng)濟(jì)效
聯(lián)鎖動作保護(hù)。在DCS操作畫面上的軟件開關(guān)益顯著提高。
(Continued from Page 1113)
(Department of Aeronautical Engineering，No．1 Aeronautical College of AF，Xinyang 464000，China)
Abstract In order to seal and unseal the aero—engine reliably and effectively，an oil seal and unseal device
was developed to realize pressure regulation，oil dehydration and flow control in the operation and to improve
the equipment support efficiency and serviceability rate．Application results prove the device’s reliability and
stability as required．
Key words aero—engine，oil seal and unseal device，development
萬方數(shù)據(jù)

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