本文摘要：摘要：針對煤化工生產中涉及的塔釜和汽輪機、鼓風機等大型旋轉設備在聯鎖程序設計中出現的問題，結合目前應用的ABB、和利時等DCS系統，從提高生產安全，降低非計劃停車的事故率，有針對性地提出聯鎖程序設計的一種優化思路和方案，并進行分析、探討和研究，
摘要：針對煤化工生產中涉及的塔釜和汽輪機、鼓風機等大型旋轉設備在聯鎖程序設計中出現的問題，結合目前應用的ABB、和利時等DCS系統，從提高生產安全，降低非計劃停車的事故率，有針對性地提出聯鎖程序設計的一種優化思路和方案，并進行分析、探討和研究，在安全性，穩定性，經濟性等3方面滿足生產和安全的要求，對實際生產具有一定的指導作用。
關鍵詞：聯鎖程序,優化分析,質量判斷,濾波,速率限制
0引言
在生產過程中安全問題一直是企業運行關注的焦點，而在煤化工生產中諸如汽輪機、壓縮機、煤氣鼓風機、塔釜等重要設備及裝置，對過程自動化控制提出了高要求，但歸納起來主要有3個方面，即安全性、穩定性和經濟性。在整個生產過程中，要確保人身和設備的安全，降低非計劃的故障率，提高生產效率，這對現代化企業的自動化、儀表，尤其是聯鎖保護程序提出了最高的也是最基本的要求。
當控制系統或某些工藝設備發生故障，造成工藝指標異常，有可能超越安全許可范圍的情況時，需要設置一套安全聯鎖保護系統，立即動作，將該關的閥門立即關閉，該打開的閥門立即打開，從而避免事故的發生。
但在正常生產過程中，如果突然出現儀表“干擾信號”或者儀表斷線、短路、控制系統模塊通道損壞等故障時，生產并不希望聯鎖停車。諸如此類情況，如何對聯鎖保護程序優化設計，提高自動控制系統的安全性、可用性，本文將針對煤化工生產中部分聯鎖保護系統進行研究和探討，提出新的聯鎖設計思路和方案，保證生產和設備、人身的安全。
1工藝聯鎖概述
工藝聯鎖是指為保證生產裝置(單元)安全穩定運行而設置的保護措施，當某項指標(如壓力、流量、液位、溫度等)超出安全操作范圍時，能夠保護裝置設備不超溫、不超壓，使得生產裝置與操作人員處于安全狀態，避免事故擴大化。根據對安全生產的重要程度將工藝聯鎖分為A、B兩級，實行分級管理。工藝聯鎖分主要工藝聯鎖回路(即A級)和一般工藝聯鎖回路(即B級)。
A級工藝聯鎖：直接引發某一個工藝系統或某一臺關鍵設備聯鎖動作，并造成該生產單元緊急停車的聯鎖;直接引發一個生產單元聯鎖緊急停車并造成該生產裝置非計劃停工的聯鎖。主要分為：1)涉及全裝置或大范圍停車的工藝聯鎖。2)重要工藝系統的工藝聯鎖。3)關系到人身和產品質量的工藝聯鎖。4)涉及裝置儀表氣源、電源主干線的工藝聯鎖回路。B級工藝聯鎖：除A級以外的工藝聯鎖均為B級。僅引起一個系統或一臺設備聯鎖動作，不會造成單元或裝置停車，能夠迅速恢復系統正常運行。
2聯鎖程序設計問題分析
在煤化工安全生產中，涉及諸如運煤皮帶聯鎖、焦爐四車聯鎖、塔釜安全聯鎖、煤氣鼓風機聯鎖、大型旋轉設備聯鎖等。其一，塔釜安全聯鎖，一般主要參數為溫度、壓力、液位;其二，煤氣鼓風機聯鎖、大型旋轉設備聯鎖，一般主要參數為潤滑油壓、軸瓦溫度、電機定子溫度、振動、位移、潤滑油油溫等。聯鎖程序設計的是否完備，保護動作是否準確可靠，直接關系到運行的安全和穩定。
2.1虛假信號和干擾信號問題
對于溫度、壓力、流量、液位等儀表信號，采用標準4mA～20mA電流信號傳輸。由于電磁環境、儀表接地等影響，在系統中偶爾會出現“虛假信號”或“干擾信號”。如果出現時間較長，強度足夠大，達到聯鎖停車值，會造成設備或塔釜裝置的誤停車事故。
2.2儀表斷信號和短路信號問題
因使用壽命，安裝位置不當，環境振動較大，運輸過程等因素，造成儀表斷信號和短路信號的問題在生產過程中很常見。通過安裝前檢驗，定期停車校驗，定期更換等手段，能夠降低一定的安全風險，但是不能完全確保不出現突發的故障問題。
2.3中間環節故障問題
所謂中間環節，是指控制系統的信號處理模塊(包括AI，DI等)，溫度變送模塊，信號轉換模塊。這些中間環節故障時，有可能造成對某一個儀表測量點的影響，也有可能影響一組測量點。最終控制系統采集到的信號有可能直接觸發聯鎖程序，造成停車的安全事故。
2.4聯鎖測量儀表設計問題
不管是塔釜、還是煤氣鼓風機、汽輪機等大型旋轉設備，涉及到運行安全的儀表測點諸如：軸瓦溫度、定子溫度、潤滑油壓力、軸位移、軸振動、塔釜壓力、液位等，絕大部分聯鎖的儀表測量點采用單點測量，即一個儀表測點不管是正常或異常，只要達到聯鎖值，聯鎖程序立即觸發動作，執行相應保護。
3聯鎖程序設計優化分析
上述聯鎖程序中存在的4個問題：在煤化工日常生產過程中重復出現的機率很大，任何一個問題的出現，對生產、裝置、設備的安全、穩定運行都會造成極大的威脅。通過分析存在的問題，進而優化、完善原有設計，采用預防性設計，提出聯鎖程序設計新思路，降低非計劃停車事故，提高生產的連續性、穩定性、可靠性。
3.1聯鎖程序設計的軟件方面
考慮到現場工作環境惡劣，變送器等儀表送入AI模塊的電流值存在波動和尖峰干擾等情況，通過AI模塊采集得到的數值不能直接為CPU所用，必須經過濾波處理，濾掉各種波動和干擾等信號。濾波的方式一般分為軟件濾波的方法，如延時，取平均值等[1];硬件濾波的方法，如在輸入側并聯電容。
對于取平均值濾波的方法，以犧牲采集速度為代價，如果數據過多，用戶更改的范圍太大，有可能導致程序執行時間超過CPU的最大允許掃描時間，導致CPU停機。在考慮設計濾波程序時，為消除偶然出現的脈沖性干擾的抑制，信號經過一個延時定時器模塊，在設計的延時時間段內，屏蔽干擾、異常信號，即不觸發聯鎖保護動作。
定時器功能描述，當IN從FALSE變為TRUE時，觸發TON開始計時PT秒，定時時間到Q輸出TRUE。如果定時時間未到IN從TRUE變為FALSE，則定時器復位[2]。在聯鎖保護程序中，設計輸入信號質量判斷程序。所謂質量判斷程序，是指識別控制系統模塊中模擬量通道信號故障，即儀表出現損壞的信號，信號線路故障，模塊某一通道故障等問題。比如ABB公司的AC800F系統中，AI通道信號為0～28480，對應4mA～20mA信號。
將當前周期信號值與前一周期信號值作比較，在系統的兩個運算周期內，數值超過范圍值，即認為是“壞”信號，系統保持上一周期數值顯示，同時發出報警，但不作聯鎖觸發。以上是根據控制要求，自己定義功能塊，實現輸入信號質量判斷。和利時HOLLiASMACSV6.5.3系統中，自帶“速率限制”功能塊，即限制輸入的單步增、減變化量在設定值范圍內，可用于需要避免突變的控制場合。
速率限制(RATLIM)功能塊將當前輸入信號IN和上周期的OUT值進行比較，根據兩者差值與RATPOS、RATNEG的關系決定本運算周期OUT值應在上一個運算周期的基礎上改變多少。這樣可以實現對輸入IN的變化率進行限制，使得每個運算周期功能塊輸出OUT的改變值在某個設定的范圍內[3]。
通過以上延時濾波和輸入信號質量判斷對聯鎖保護程序的優化，能解決虛假信號和干擾信號問題，儀表斷信號和短路信號問題，以及模塊通道等中間環節故障的問題。通過軟件優化的方式，雖然增加了前期程序設計的工作量，但幾乎沒有增加工程成本的投入，在后期控制系統升級、優化改造時可參考采用。
3.2聯鎖程序的硬件方面
在不考慮工程成本投入時，所有涉及聯鎖保護的儀表測點，可采用雙點測量或多點測量的方式。在程序設計方面，一選一邏輯表決方法的安全性和可用性差。當系統要求高安全性時，宜采用二選一的方式，其邏輯表決方法的安全性最好，但是其可用性差，即采用兩個現場傳感器，聯鎖信號取其一;當系統要求高可用性時，宜采用二選二的方式，其邏輯表決方法的安全性最差，但其可用性最好，采用兩個現場傳感器，聯鎖信號同時取兩個。
當系統的安全性和可用性均需要保障時，宜采用三選二的方式，其邏輯表決方法的安全性和可用性相比之下較好，采用3個現場傳感器，聯鎖信號取任意兩個。當某一個儀表出現故障時，控制系統只是輸出報警，并不作聯鎖觸發動作，只有當同一測點，兩個測量值同時達到聯鎖值時，觸發聯鎖保護動作。但是要注意的是，儀表的輸入信號要接到不同的模塊中，降低模塊故障造成的影響。這樣設計，避免了由于儀表、模塊、中間環節故障的問題，提高了聯鎖保護可靠性和安全性。
4結束語
綜上，煤化工生產中的危險工藝、塔釜裝置、大型旋轉設備的生產操作過程中，有很多潛在危險因素，在具體操作和實際應用中，結合工藝生產和安全要求，合理選擇安全聯鎖保護的形式，合理選用安全聯鎖設備和設計安全聯鎖保護程序，可以在一定程度上降低安全事故發生的概率。通過以上對自動控制系統儀表聯鎖設計和程序設計的分析和探討，為不斷提高現代化企業自動控制水平，加強工藝過程的安全控制力度，為煤化工企業安全自動聯鎖控制提供一個解決思路。
參考文獻：
楊廣才,唐學媛.PLC軟件數字濾波的應用[J].自動化技術與應用,2008(07):124-126.
和利時.HOLLiASMACSV6.5用戶手冊_功能塊[Z].
化工師評職投稿刊物：《煤化工》(雙月刊)創刊于1973年，由中國化學工業第二設計院;全國煤化工信息站;全國煤化工設計技術中心主辦。《煤化工》本刊系經國家科委及新聞出版署批準出版發行的國家級技術類刊物。
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