王 成 银登德 陈宏辉

(中航工业燃气涡轮研究院，四川 江油 621703)

空气降温系统采用JX-300X型DCS取代原有的分散式现场仪表测量控制系统。该系统由主气路和冷源气路组成，共同完成对空气系统的降温处理，向其他相关系统提供符合要求的气体，它们共用一套DCS系统。此DCS控制系统主要包括了操作站、控制站、模拟操作盘、通讯网络SC net、仪器仪表柜及配电柜等。模拟操作盘显示降温系统空气系统和水系统流程图，显示阀门开关状态，并能操作阀门。操作站除了具有模拟操作盘的功能外，还具有测量参数(压力、温度、液位、流量、露点、阀位、限位及状态等)的实时显示功能，并能对调节阀进行PID控制。其中AI点：120点；AO点：19点；DI点：90点；DO点：134点。

1 控制系统构成①

JX-300X型DCS控制系统在国内外许多厂家都普遍采用，是一项比较成熟的技术。因空气降温系统设备庞大，系统复杂，主要包括空气管路系统、阀门系统、增压涡轮机组、快速切断阀系统、冷却水系统及热工参数实时测量等。JX-300X型DCS系统软件是基于中文Windows2000/ Windows XP的操作系统，通过组态操作将所有的命令都化为形象直观的功能图标，只需用鼠标单击即可轻而易举地完成操作，实现了复杂系统的集中控制与管理。

1.1 硬件组成

操作站：工控PC机、显示器、键盘、鼠标、SCnet网卡、专用操作员键盘和操作台。

控制站：机柜、机笼、电源箱和各类卡件(包括主控卡、数据转发卡和各种I/O卡)。

电源、网络、卡件(包括主控卡、数据转发卡、重要的I/O卡)都实现了真正的冗余。来自现场的压力、温度、液位及状态等输入信号经安全隔离栅送至控制柜的卡件，直至操作站。同理，操作站发出的控制指令经控制站和安全隔离栅送至现场的阀门等设备形成一个闭环控制回路。

1.2 软件构成

系统采用的JX-300X AdvanTrol 软件、Mfcdraw流程图制作软件、SCLD梯形图组态软件、SCKey组态软件及AdvanTrol实时监控软件等软件。

Advantrol软件主要功能包括SCX语言的编制、功能模块的组态、报表的制作及故障诊断等内容。

系统画面组成：系统简介、报警一览、系统总貌、控制分组、调整画面、趋势图、流程图、数据一览、故障诊断及报表等。

1.3 网络结构

JX-300X系统的通信网络由信息管理网和过程控制网构成。信息管理网采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，其网络结构连接如图1所示。从图1中可以看出整个系统不论是操作站还是服务器都配置了3块网卡，控制站内配置了两个站(2#及4#)，每一个站内都配置交换机，每一个站内的主控卡都配置了互为冗余的两块主控卡，每一主控卡上都具有两个接口，从而实现了真正的冗余，使系统数据传输的实时性、可靠性都得到了保证，构成了完全独立双重化热冗余SCnetII。系统在运行状态下不仅能在操作站监控实时数据，也能在服务器上监控实时数据，控制功能可通过不同权限得以实现。在JX-300X网内的服务器(安装中控的Supview软件)，读取DCS数据后与上层监控网GE公司的iFix服务器以C/S方式通信，iFix服务器均作为JX-300X服务器的客户端，把JX-300X集散控制系统中的实时过程数据和运行信息采集到生产调度室，实现工厂级的综合管理、调度和决策。操作站与控制站采用SCnetⅡ通信网络连接，此网络为符合TCP/IP和IEEE802.3标准协议的工业以太网，具有良好实时性，能及时、可靠进行数据传输。

图1 网络结构连接示意图

2 控制功能实现

2.1 操作界面

操作界面分主气路流程图、冷源气路流程图、水系统流程图、联锁系统图、系统总图及工艺流程图等。此界面为全中文交互式图形操作画面，画面清晰直观地描述了实际设备和工艺流程。

每一操作界面数值为对应工艺参数的实时数据，设备运行状态信号均有不同颜色图标显示。阀门开、关限位分别用不同颜色图标表示。液位、温度及压力等参数的高低报警，除了在操作界面上有不同的颜色表示外，还有声音报警，并可以在报警一览表画面查询相应的报警信息，使操作人员和管理工程师一目了然。更为方便的是点击每一个参数数据实时显示处，都能立刻弹出此参数的趋势图画面，时间范围可动态选择，并可直接打印趋势画面。

2.2 控制方案

2.2.1常规单回路控制

单回路控制如图2所示，对于管网上的普通阀门，采用了这种单回路控制方案，这种方式是根据管网实际参数来人为确定阀门开、关控制。可以通过操作站发出开或关控制指令，也可通过操作站授权模拟操作盘控制阀门开关，而就地控制箱上的手操器可以通过转换手自动转换开关(A/M)实现手操器或远程(操作站或模拟操作盘)控制阀门。阀门的阀位反馈可以在操作站和手操器上实时显示，阀门的限位可以在操作站及模拟操作盘上实时显示，为阀门操作提供参数反馈。其中所使用的固态继电器安装于模拟操作盘面板后，固态继电器主要起隔离控制作用，保护JX-300X控制卡件等设备免受高电压损害。

图2 回路控制示意图

2.2.2以PID为核心的串级控制

在系统中喷淋塔需要给高温空气喷淋冷却水降温，保证出口空气稳定在给定的温度值，精度要求较高，因此必须采用串级控制系统。此串级控制采用两套监测变送器和两个控制器，前一个控制器的输出作为后一个控制器的设定，后一个控制器的输出送往调节阀。前一个控制器称为主控制器，它所监测和控制的变量为主变量(主被控参数)，即出口空气温度；后一个控制器称为副控制器，它所监测和控制的变量为副变量(副被控参数)，即喷淋塔内液位，这个变量是为稳定主变量而引入的辅助变量。串级控制原理如图3所示。这个串级控制主要是为了将出口空气温度稳定在设定值，通过实际测量温度值与设定温度值的偏差调节控制喷淋调节阀的开度，而同时引入了喷淋塔内液位来辅助控制，通过测量液位值与设定液位值的偏差调节控制喷淋调节阀的开度。通过串级控制空气温度稳定，稳定精度能达到±0.1℃，满足了控制要求。

图3 串级控制原理

2.2.3逻辑控制

联锁控制是针对增压涡轮系统和附属的系统出现故障时保障增压涡轮系统正常的一种有效方式(图4)。当联锁投入后，有下列几种情况联锁应急启动：增压涡轮增压机出口压力达到高高限值；紧急手动开关(联锁应急开关)合闸；增压涡轮在振动过高、转速超转、轴温过高、油压过低达到极限停机设定值等状况下汇集成增压涡轮故障停机信号。联锁应急启动后，增压涡轮进口快速切断阀(666a阀)快速切断，增压涡轮机停机，增压机旁路阀(667阀)快速开启，重锤阀(668阀，增压涡轮出口阀)快速关闭，从而保护了增压涡轮系统。

图4 增压涡轮联锁原理

增压涡轮联锁是通过逻辑控制图(图5)实现的。其中SSET717KF为联锁投入开关，S101I为增压

图5 增压涡轮联锁逻辑控制图

涡轮故障停机信号，S101O为增压涡轮停机控制，HKS_667为667阀快速开启控制，HK_668KF为668阀全开反馈信号，PIAS-110为增压涡轮出口压力报警，SSET101为联锁紧急启动手动/自动开关。

3 结束语

JX-300X型DCS系统的施行彻底改变了靠组合仪表来测量数据的繁琐和原有指针式仪表显示精度不高的弊端，也提高了系统控制阀门准确性，避免了繁琐的局部改造，让部分复杂的控制变得简单易操作。系统真正实现了危险性分散，提高了系统可靠运行的稳定性，改善了原有系统维护量大的状况，实现了向不同控制系统管理计算机上传数据的方案。