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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(lái)源：中油國(guó)際·蘇丹·喀土穆化工有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(guó)際·蘇丹·喀土穆化工有限公司)
摘要針對(duì)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(duì)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(lèi)號(hào)TH862+．6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B 文章編號(hào)1000．3932(2013)09．1175-04
此次改造項(xiàng)目是基于Centum CS3000的工業(yè)
過(guò)程控制系統(tǒng)，改造工藝針對(duì)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(guò)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(chǎng)手閥，沒(méi)有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能；氣柜測(cè)
量信號(hào)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(hào)聯(lián)鎖；HV4001是氣
動(dòng)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(méi)有遠(yuǎn)程
自動(dòng)啟、停功能；C-201的啟／停功能沒(méi)有與氣柜
液位L14001信號(hào)自動(dòng)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(shí)，由于手動(dòng)操作的滯后性和無(wú)自保功能，可能造
成水封的鐘罩被頂開(kāi)，導(dǎo)致氣柜內(nèi)的丙烯氣體大
量泄漏，極易引發(fā)現(xiàn)場(chǎng)著火或爆炸。
1氣柜操作簡(jiǎn)述
丙烯氣收集柜z-202是用于儲(chǔ)水的圓柱形儲(chǔ)
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(chǔ)量和壓
力的增加，鐘罩桶就會(huì)被氣壓逐漸頂起。鐘罩桶
上安裝有一臺(tái)測(cè)量液位(高度)變化的變送器
LT4001，信號(hào)送至中控室DCS，在DCS操作畫(huà)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(cè)量值高
于85％時(shí)，操作人員到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟動(dòng)C-201進(jìn)
行回收；低于25％時(shí)，手動(dòng)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(mǎn)足液位控制要求時(shí)，操作人員必須在DCS
操作畫(huà)面上快速手動(dòng)遠(yuǎn)程開(kāi)啟HV4001排放至火
炬。改造前的氣柜液位工藝和儀表控制簡(jiǎn)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(jiǎn)圖
收稿日期：201 3-01．15
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
化工自動(dòng)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(cè)量信號(hào)已送至DCS(L14001)；火炬排放閥
HV4001也由DCS遠(yuǎn)程開(kāi)、關(guān)。分析認(rèn)為，完全可
以利用DCS實(shí)現(xiàn)氣柜液位自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)功能。
具體技改方案為：在氣柜進(jìn)氣管線(xiàn)上新裝一臺(tái)氣
動(dòng)式球閥HV4002，由DCS遠(yuǎn)程控制其開(kāi)／關(guān)位狀
態(tài)信號(hào)，并反饋至DCS，按照事故狀態(tài)下的安全原
則，該閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用方式選為氣開(kāi)式
(FC)；重新選型并更換一臺(tái)火炬排放氣動(dòng)球閥
HV4001，作用方式選為氣關(guān)式(FO)，該閥門(mén)的
DCS遠(yuǎn)程控制和閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)位狀態(tài)信號(hào)DCS組
態(tài)原設(shè)計(jì)已有；兩臺(tái)氣動(dòng)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(hào)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(kāi)；利用
CS3000 DCS組態(tài)軟件，對(duì)氣柜液位測(cè)量信號(hào)
L14001、HV4002和HV4001的控制信號(hào)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(kāi)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(shí)，
HV4002立即自動(dòng)關(guān)閉，HV4001立即自動(dòng)打開(kāi)，
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(huà)面上對(duì)開(kāi)關(guān)
HS4001／2(DCS軟件組態(tài)開(kāi)關(guān))進(jìn)行復(fù)位，
HV4002又將自動(dòng)打開(kāi)，HV4001同時(shí)自動(dòng)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(jiǎn)圖如圖2所示，其
中L14001為氣柜液位顯示和報(bào)警信號(hào)；I表示
DCS內(nèi)的聯(lián)鎖關(guān)聯(lián)號(hào)；HV4001／2為聯(lián)鎖復(fù)位開(kāi)
關(guān)；HV4002和HV4001兩臺(tái)閥旁邊的HS4001和
HS4002分別為DCS操作畫(huà)面上兩臺(tái)閥的遠(yuǎn)程手
動(dòng)操作開(kāi)關(guān)。
丙烯氣來(lái)自聚合釜
圖2 改造后的氣柜液位工藝和儀表控制簡(jiǎn)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(wú)需變
動(dòng)，主要涉及儀表專(zhuān)業(yè)，包括DCS、現(xiàn)場(chǎng)儀表硬件
與軟件。
3．1 硬件
該裝置采用Centum CS3000，其I／0信號(hào)有
備用通道，無(wú)需新增硬件。但是要新增或更新兩
臺(tái)兩位式球閥。根據(jù)儀表專(zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)規(guī)范確定
需要采購(gòu)的新設(shè)備，原來(lái)的設(shè)備進(jìn)行利舊；按照儀
表專(zhuān)業(yè)施工規(guī)范，安裝兩臺(tái)球閥及其附件；敷設(shè)
DCS控制室和HV4002現(xiàn)場(chǎng)之間的控制信號(hào)電
纜；配設(shè)HV4002的儀表風(fēng)氣源管線(xiàn)；再根據(jù)儀表
專(zhuān)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(hào)接線(xiàn)回路，并依設(shè)計(jì)圖進(jìn)行接線(xiàn)。
3．2 軟件
在軟件方面，對(duì)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(cè)試。進(jìn)行軟件組態(tài)時(shí)，
對(duì)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(hào)物理地址的分配；定義控制信號(hào)
的I／O通道，進(jìn)行DCS控制信號(hào)I／0點(diǎn)組態(tài)，具
體見(jiàn)表1。
萬(wàn)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(hào)的接線(xiàn)回路
表1 DCS信號(hào)點(diǎn)和通道定義
定義一個(gè)聯(lián)鎖邏輯復(fù)位開(kāi)關(guān)，采用DCS軟件
內(nèi)部的公共開(kāi)關(guān)組態(tài)(Common Switch Builder)功
能實(shí)現(xiàn)。該DCS內(nèi)部軟件開(kāi)關(guān)的功能和硬接線(xiàn)
的開(kāi)關(guān)功能完全一樣，功能開(kāi)關(guān)名稱(chēng)HV4001／2，
位號(hào)SW641，通道號(hào)％SW0433。
控制功能塊的定義主要是定義控制功能塊的
類(lèi)型，組態(tài)功能塊的各個(gè)參數(shù)。新增的控制功能
塊包括：球閥HV4002信號(hào)控制功能塊(HV．
4002)與閥門(mén)的開(kāi)位、關(guān)位回訊信號(hào)ZS04002和
ZSC4002的定義。
為實(shí)現(xiàn)氣柜液位測(cè)量L14001、HV4001和
HV4002控制信號(hào)之間的工藝聯(lián)鎖邏輯保護(hù)動(dòng)作
功能，利用Centum CS3000的邏輯圖功能，定義一
個(gè)聯(lián)鎖邏輯控制功能塊LSl013(圖4)，建立3個(gè)
信號(hào)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(gè)輸入條件、4
個(gè)邏輯元件和3個(gè)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(kāi)關(guān)HV4001／2聯(lián)鎖復(fù)位的ON信號(hào)；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(shí)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(shí)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(kāi)關(guān)HV4001／2聯(lián)鎖復(fù)位的L信號(hào)。
當(dāng)氣柜液位LIA4001在正常測(cè)量范圍(25％
～85％)時(shí)，LIA4001．ALARM．HH邏輯真值為0。
對(duì)SW641進(jìn)行一次復(fù)位，SRSl一S型觸發(fā)器的輸
萬(wàn)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(dòng)模式進(jìn)行操作。氣柜液位、閥門(mén)的開(kāi)／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(huà)面上有顏色變化顯示，操作直
進(jìn)料閥HV4002處于打開(kāi)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(shì)，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(shí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)信號(hào)和每一步動(dòng)作在
90％)時(shí)，LIA4001．ALARM．HH邏輯真值立即變DCS操作畫(huà)面上都有聲／光報(bào)警自動(dòng)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(tái)閥門(mén)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(kāi)；HV-4002．CSV．P2邏輯真值變?yōu)?， 擬測(cè)試方便，通過(guò)DCS操作畫(huà)面調(diào)用液位控制功
HV4002立即關(guān)閉。兩臺(tái)閥邏輯上的同時(shí)動(dòng)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(dòng)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(yǔ)
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(kāi)關(guān)SW641，使置進(jìn)行大檢修時(shí)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(guò)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(dòng)完成，較好地實(shí)現(xiàn)了氣柜液位的安全保護(hù)。
于打開(kāi)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(cè)量?jī)x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(guò)程中的生產(chǎn)隱患，降
聯(lián)鎖邏輯功能無(wú)需操作人員干預(yù)，自動(dòng)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(dòng)作保護(hù)。在DCS操作畫(huà)面上的軟件開(kāi)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(wàn)方數(shù)據(jù)

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