第一节  概述

1.1技术方案编制说明

DCC装置SIS控制系统自2008年运行至今已使用10年，卡件的各电子元件使用情况已到寿命后期，SIS控制系统中部分硬件也早已停产，备件匮乏，维修困难。为保证DCC装置后续的安全运行，需要对该装置的SIS控制系统进行整体更新。同时增加GDS系统。

现由山东某石油化工集团有限公司（简称买方，下同）拟向(简称卖方，下同）购置DCC装置GDS系统、SIS控制系统升级项目部分设备。经由买方、卖方双方共同充分商定，订立本技术协议，以便双方共同遵守，本协议一式2份，双方各执一份。具体内容如下：

本技术方案是项目执行的基础文件之一，经双方确认签字后可作为合同技术附件。

本技术方案将在涵盖DCC装置GDS及SIS控制系统升级各项功能的基础上，为用户提供两套完整且具有高度可靠性、可用性和专业性，并具备良好操作界面的先进控制系统。

本技术方案对整个工程项目范围内GDS系统、SIS控制系统更新升级、安全可靠、技术性能、供范围、技术服务、工程项目实施、系统的组态、软件集成方式等方面提供执行依据。

1.2设计规范及术语定议

标准规范系统将符合下列规范和标准要求

Code or standard 编号或标准	Title 标题
ANSI C37.90A (IEEE 472)	Guide for surge withstand capability test electrical transient protection 浪涌保护能力测试电气瞬间保护指导
ANSIC3.9.5	Safety requirements for electrical and measuring control instrumentation 电气和测量控制仪表的安全要求
ANSI/ASZC Q94	Quality management & quality system elements – guidelines 质量管理和质量系统原理-指导方针
ANSI/ASQC Q91	Quality system – model for quality assurance indesign/development, production, installation & servicing 质量系统–用于设计/研发、生产、安装和维修的质量保证模式
EN 50014	Electrical apparatus for potentially explosive atmospheres-general requirements 用于爆炸环境的电气设备的通用规定
EN 50018	Electrical apparatus for potentially explosive atmospheres-intrinsically safe "d" 用于爆炸环境的安全隔爆型电气设备
EN 50020	Electrical apparatus for potentially explosive atmospheres-intrinsically safe "i" 用于爆炸环境的本质安全型电气设备
EN 50081-2	Electromagnetic compatibility generic emissions standard 电磁兼容性的通用干扰标准
EN 50082-2	Electromagnetic compatibility generic immunity standard 电磁兼容性的通用抗干扰标准
IEC 60068-2	Basic environmental testing procedures for electronic components and electronic equipment 电子元件和设备的基本环境测试程序
IEC 60364-4-1	Equipment safe separation 设备安全隔离
IEC 60079	Electrical apparatus for explosive gas atmospheres 用于爆炸气体环境的电气设备
IEC 60801	Electromagnetic compatibility for industrial process measurement and control equipment 工业过程测量和控制设备的电磁兼容性
IEC 61508	Programmable systems for safety related applications 用于安全措施的可编程系统
IEC 61511	Functional safety: safety instrumented systems for the process industry sensor 功能安全：用于过程工业传感器的安全仪表系统
IEC 801-3	Radiated electromagnetic field requirements 无线电磁的室外要求
IEEE 472	Electrical transient protection 电气瞬时保护
IEEE 802	Local area network 局域网
ISA-S 71.04	Environment control for process measurement and control systems: airborne contaminants 过程测量和控制系统环境条件—空气污染物
ISO 9001:2000	Quality management systems – requirements 质量管理系统需求
NEMA ICS 2	Standard for industrial control devices, controllers and assemblies – Part ICS 2-230, components for solid state logic system 工业控制设备、控制器和配件的标准ICS 2-230 部分–用于固态逻辑系统组件
NEMA ICS 3	Industrial systems – Part ICS 3-304, standards for programmable controllers 工业系统ICS 3-304部分，可编程控制器标准
NEMA ICS 6	Enclosures for industrial controls & systems 工业控制和系统外壳等级

图1 软件与操作系统兼容性表格

第二节  技术方案

1.1  DCC装置原SIS控制系统概述

SIS控制系统自2008年投入运行至今均已使用10年，本套SIS控制系统均采用美国TRICONEX公司提供的TMR Ver9.10型TRICON控制系统。

该系统原来采用了TRICON v9.10的硬件版本，主处理器是MP3008，由主机架1个和3个扩展机架组成。编程、调试和监控的平台是基于windows-xp操作系统的TriStation 1131 4.1完成。操作站操作系统采用windows-xp平台，上位机界面HMI 由Intouch9.5来开发完成。

目前该TRICON系统已经投用了10年，主要存在如下问题。

DCC装置在用的TRICON控制系统能兼容到 Windows XP, Intouch 软件 V9.5 版本同样不支持 Window-7操作系统。如更换新的操作站和工程师计算机则无法再安装使用这些软件。

软件与操作系统兼容性说明表格如下：

图1 软件与操作系统兼容性表格

图 2 Intouch 软件与操作系统兼容性表格

SIS控制系统硬件版本Ver9.9，且系统软件Tristation 1131 Ver 4.1.最高支持的系统硬件版本为 V10.1。从而造成 Tricon 软硬件不能兼容。

TRICON 系统软件与硬件兼容性说明表格如下：

图3 TRICON 系统软硬件兼容性表格

本套SIS控制系统投用时使用的模拟量输入模件型号为 3700A，该卡件从 1995 年投入市场至今已经使用超过 20 年时间，目前 TRICONEX 公司已经停止销售，替代3700A卡件最新产品型号为 3721 。根据系统产品应用生命周期及功/性能设计更新需求，该卡件已处于停止销售阶段“Withdrawn from Sale”，目前市场上已无法采购到近期生产的全新 3700A 卡件。

图4 3700A 产品生命周期表

由于现场SIS控制系统的操作站和工程师站采用DELL商用机，安装 Windows XP 操作系统。随着科技行业和计算机技术的发展，更安全、更可靠、运算速度更快的产品不断推出。微软公司官方已于 2014 年 4 月 8 日正式宣布对 Windows XP 系统停止服务，建议用户不要在不受保护的情况下使用。另外，目前从 DELL、HP 等 PC 机生产厂商购买的计算机已经无法安装 Windows XP 操作系统，市场上已无法采购到安装 Windows XP 系统的计算机用于备件供应。

图6 Windows XP 停止服务声明（摘自微软中国官方网站）

操作站和工程师作为控制系统的重要组成部分，一旦操作系统出现问题将给生产带来不可预估的影响，因此建议用户将操作站计算机更换为 DELL 工作站级计算机，安装目前市场上最主流的且更为安全、易用的 Windows 7 系统。

1.2  DCC装置SIS控制系统更新升级及新增GDS方案

本套SIS控制系统更新升级选用TRICON 的v10.5版SIS控制系统，保持全厂TRICON系统的一致性。该系统采用了当前先进的微处理TMR 硬件技术和成熟可靠的Tristation 1131软件系统，具有完整的装置联锁保护功能、系统自诊断和SOE功能。

1.   本套SIS控制系统更新升级改造后设置 2 台操作站、 1 台工程师站。GDS系统设置1台工程师站/操作站/SOE。

操作站、工程师站与两个通讯模件TCM4351B进行通信，采用TCP/IP以太网协议。操作员站INTOUCH 运行版提供操作人员使用，工程师站INTOUCH开发版提供工程师使用。通过DDE SERVER 与TRICON 控制器进行数据交换；工程师站使用时，运行TRISTATION1131 软件，用于ITCC 系统分类逻辑编程、组态、调试、在线监测、诊断等，也可以用于SOE 顺序事件收集，以用于分析和判断停车事故的原因。

更换原来的系统机柜，包括机柜内的24VDC 稳压电源、温度变送器、继电器、空开、线槽、端子等，重新布置。一路为UPS供电，一路为市电。其中一路供电中断，不影响系统正常运行。为SIS控制系统同时提供24VDC冗余电源，用于各现场仪表回路供电。

原模拟量输出模件AO3805E和模拟量输出端子板ETP、原数字量输入模件DI3503E 和数字量输入端子板ETP 均全部更换。

将原有3个主处理器MP3008更新升级为MP3009，并与全厂的TRICON 系统保持一致的硬件版本v10.5。

将原数字量输出模件DO3625更新升级为3664卡件，数字量输出端子板ETP更新升级。

将原模拟量输入模件AI3700A更新升级为3721卡件，原模拟量输入端子板ETP更换为9761-210。

所有的应用软件TS1131/DDE/SOE/EnDM/INTOUCH与全厂的其它TRICON系统保持一致。保留辅助操作台不变。

GDS系统：

所提供的GDS系统是独立完整的、可工作的、满足买方招标书技术规格书要求的，并将对整个控制系统的产品质量、技术服务和技术支持等多方面提供保证。

卖方的GDS方案完全满足或优于有限公司GDS技术规格书

根据GDS系统技术规格中要求，配置如下：

控制系统由以下几部分组成：

l  控制室设备（工程师站、操作员站、打印机）。

l  控制站和I/O卡（GDS）。

l  系统通信网络（控制网、高速现场总线）和信息网络接口设备。

l  机柜和操作台等。

l  其它设备。

第三节  技术参数

3.1  设计要求

更新升级后SIS控制系统及GDS系统能实现机组安全联锁保护、机组调速、机组防喘保护以及工厂设备保护等相关功能。

更新升级后SIS控制系统遵循如下原则：

（1）   TRICON系统具本TUV AK5/6认证、安全级别SIL3认证

（2）       TRICON  I/O模块是三重化冗余容错技术。

（3）       TRICON  I/O模块具有自诊断功能，并且可以显示I/O模块详细报警信息。

（4）       ITCC 设计理念为故障安全型。

（5）       Tristation 1131 为开放式结构，系统组态灵活、方便、可靠。

（6）   SIS控制系统 与DCS通讯采用RS 485通讯。

（7）       系统制造和设计符合ISO 9000质量体系认证。

3.2过程接口

过程接口为输入输出卡、配电器、HART多路转换器、开关、继电器等相关联设备。

输入输出卡件具有光电隔离，通道具有隔离，同时还故障诊断。

与输入输出卡件连接的最终执行元件采用故障安全型。

3.3  操作站兼工程师站及SOE站

操作站人机友好界面采用单屏显示，每套人机界面单独操作，互不影响。

操作站与SIS控制系统采用TCP/IP通讯协议。

操作站人机友好界面设有权限管理。（具体权限有：最高权限、工程师权限、班长权限、操作员权限）

在人机界面上可实现旁路投入/切除功能。

用于系统组态、编程、故障诊断、状态监测、程序修改、在线下载以及离线仿真调试功能。

具有事件记录存储、事件记录打印和事件记录导出等相关功能。

操作站数量： 2 台

3.5  通讯方式

操作站、工程师站及SOE站与SIS控制系统采用TCP/IP通讯协议。

SIS控制系统与DCS系统采用RS485

3.6系统负荷

SIS控制系统负荷不超过可用资源50%

3.7系统冗余

TRICON  CPU3008 采用三重容错技术。

TRICON  I/O卡件具有三重冗余。

TSIS控制系统采用1：1冗余供电。

24V电源采用1：1冗余供电，电源负荷小于50%。

3.8 SIS控制系统系统网络结构图：

第四节 系统功能综述

4.1 GDS及SIS控制系统功能

本套SIS及GDS系统部分硬件基于三重冗余容错的TRICON系统，软件为Tristation1131编程软件，将完成机组启停控制、机组联锁控制（含超速保护）、速度A/M控制（含升降速、暖机、临界转速、超速实验、静态测试等）、性能负荷控制、机组控制防喘振控制、油系统控制等综合控制功能。

同时系统提供SOE顺序事件记录功能，配合HMI（软件为 WonderwareIntouch）监控软件，实现包括过程和机组参数的监控、操作（如：压缩机出入口流量、压力、温度、油系统、振动及位移系统等）的监控、安全保护逻辑、压缩机性能控制、动态工作点显示、报警记录及历史数据采集等功能。

4.2   系统功能简述

4.2.1  联锁保护功能

过程输入和输出信号与TRICON系统连接，通过内部的用户程序来实现机组的联锁停机逻辑、开机启动顺序控、机组防喘振控制及装置安全联锁保护等相关功能。联锁点设计软旁路切除开关以便于现场仪表的维护。

4.2.2速度控制

将根据汽轮机主机厂的启机曲线（下图）编制自动或手动启机程序.在自动启机模式下,根据启机曲线的升速率,蒸汽透平将自动从零转速升到最小连续转速。另外，还将组态速度越过监界转速的控制。在手动启机模式下，操作人员可在从零转速到最小连续转速之间的任何转速下停留（临界转速区除外）。一旦达到最小连续转速，操作人员可在最小连续转速及最大连续转速之间控制工作转速。TRICON控制器给出的执行信号为4-20mA标准信号。除升速和运行模式外，转速控制器还提供超速试验和正常停机模式。

4.2.3  防喘振控制

正常运行阶段，TRICON系统将根据压缩机入口流量、入口压力、出口压力及相应温度，科用TRICONEX独特的防喘振技术来给出压缩机喘振线，实际工作点的喘振工况图，判断是否发生喘振并使要作点工作在最小喘振开度。如发喘振，则由防喘振控制器的输出值进行调节防喘振控制阀。TRICONEX独特的喘振预测技术只需基于压缩机的入口流量、出口压力、入口压力、出口温度及入口温度等五个量来实现控制。

通用喘振线

喘振参数

压缩机的喘振点可由压比（Pd/Ps）及入口流量表测出的入口流量计算得出。入口流量的测量值与Pd、Ps、Td及Ts等可用来计算等价喉部压差h，进而作出喘振预测。

防喘振控制的I/O要求

Tag         Type          Function

PT            AI                入口/出口压力

TT            AI                入口/出口温度

FT            AI                入口流量

PV            AI                防喘阀

SOV           AI                旁路/放空阀

ESD           DI                透平跳车

防喘控制方框图

防喘振控制可由单元框图的形式来描述。每个框图有已定义的功能，个通过输入输出信号（均给出位号名）与其他框图相互作用。

控制线及安全裕度重校：

如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已发生，喘振控制线将按组态参数的大小自动向右调节一定的裕度，从而再次加大安全余量。可能导致喘振的条件有：

因压缩机磨损导致实际的喘振线移位

变送器调校不准确

安全裕度不足

过程条件突变

喘振线设置错误

安全裕度重校有两种组态方法；即等百分比增加（如2％），或一个累加量（如1，2，4，8％等），重校发生的最大次数可组态限定。安全裕度重校还可以复位回零，即清除每次喘振发生时自动累加的裕度量，使控制器回到最初组态预设的初始安全裕度值。控制器可显示如下变量：

喘振发生次数（校准次数）

初始安全裕度

当前重校后的安全裕度

控制器设定值徘徊线：

一般情况下，压缩机不会在喘振线上持续运行或过长时间运行。当工作点在控制线右方（安全区域），喘振控制器的设定值将在当前工作点（Hx）的左侧，并与工作点（Hx）始终保持某一设定值（由组态时设定）。如果设定值与喘振控制线重合时，喘振控制器的设定值将不再左移，这时如果工作点还向左移，系统将逐渐大开回流阀以防机组喘振。

当工作点向喘振区移动的速度大于，且越过设定徘徊点时，喘振控制器执行如下动作：

防喘阀迅速打开。

设定徘徊点将按相同的速率快速减小，直至防喘阀大开。

新工作点建立。

控制器设定徘徊线

适应性增益和非对称响应

喘振控制器提供了一种适应性增益特性。当工作点在喘振控制线右方时，该特性减少了比例动作。当工作点在喘振控制线右方的操作裕度超过设定距离，则调用适应性增益特性。

根据比例或积分响应，防喘阀可打开。该特性使得防喘阀响应快。当工作点安全地移到喘振控制线的右方，防喘阀以设定速率慢关，保证将透平驱动机及工况控制器调整到新的工作条件下。

4.2.4  比例功能

系统有纯比例调节阶段，该阶段可独立于正常PI控制器打开防喘阀。当工作点移到喘振控制线左方，而正常PI控制器无法提供足够响应，可能导致严重的过程失序时，则进入该阶段。亦即在控制线左方到达某一特定裕度，则打开防喘阀，进入该阶段。当工作点与喘振线重合时，防喘阀全开。

换言之，工作点进入喘振控制线及喘振线之间时，防喘阀按比例打开。该比例输出信号与其它功能的输出经高选器后，最后输出到防喘阀。即使在喘振控制器失调情况下，此特性仍可保护机组。

4.2.5  手动控制

有两种手动控制方式：第一种为全手动控制。它允许手动开关防喘阀，而不顾喘振控制器的作用。这种方式用与安装和试车，以方便仪表维护。但不能用于装置的正常生产。因为如果系统被置于全手动状态，喘振控制器将无法打开防喘阀。第二种为部分手动控制，在这种方式下，手动输出值和控制器自动运算值经过高选择后，最后输出到防喘阀。

4.2.6  喘振与转速解耦控制

通过串级控制调节压缩机的速度或入口调节阀的开度来满足工艺要求时，当压缩机进入喘振调节时，有时性能控制会同时要求减小流量（如性能控制变量为入口压力时），两个控制回路是互相反作用的，从而造成系统的不稳定，使机组更加接近喘振。针对这种情况，性能控制器和喘振控制器会将各自的输出加权到对方的控制响应中去，从而实现解藕控制来使两个控制回路协调动作，迅速稳定系统。

4.2.7  DUMP输出

当工作点在喘振控制线左方出现特定窜动时，可组态一个触点输出打开大功率电磁阀，来使防喘阀快开，当系统从喘振状态回来时，电磁阀重新得电。对阀的控制则可从比较例控制恢复到正常的喘振控制。

4.3操作员画面说明

本系统设计有独立的操作站，监控软件将选用Wonderware公司的Intouch软件，其系统平台基于Window-7操作系统，该软件通过高速网络与控制器通讯，确保数据的及时刷新，从而更好地实现操作人员监控和操作。主要操作画面如下：

4.3.1  流程图画面及操作状态

包括工艺流程画面，润滑油流程画面，密封油流程画面，蒸汽及凝结水流程画面，轴振动、轴位移、轴承温度监测画面及机组及附属设备的状态和运行参数。

4.3.2  机组顺控启动画面

当压缩机组各项起动条件具备，系统发出允许起动命令后，机组开始启动，并有灯光显示。起动机组分两种方式：自动起动或手动起动，自动起动是将按照编好的程序按升速曲线自动升速。当机组转速达到正常转速时，机组进入运行状态。在整个升速过程中操作员也可以人为干预，即操作员可以设定目标速度，按操作员的意愿操作机组，这种操作即手动操作，手动和自动可随时切换并能做到无扰动。

4.3.3  调速画面

显示机组的整个启动转速曲线，目标速度及实时速度曲线，DCS远程控制速度参考值，停车时的瞬时转速值。

4.3.4  压缩机喘振控制画面

显示压缩机的性能曲线：喘振线，防喘振控制线、重新标定的喘振控制线，当前工作点及其它有关测量参数，如流量、进出口压力和温度等。

4.3.5  实时趋势画面

来自实时量，按参数类型分类，操作员可选时间段及仪表位号。

4.3.6  历史趋势画面

按参数的类型分成若干画面，每画面都有各类趋势画面的菜单及功能键，趋势时间间隔设定，起始时间，并显示系统中发生报警或联锁点的位号、名称。发生的时间：年、月、日、时、分、秒，报警或联锁点的值。

4.3.7  报警历史画面

按各点报警或联锁发生的先后顺序排列报警,显示报警联锁点的位号，名称，报警或联锁状态,及报警或联锁值，发生的时间：年、月、日、时、分、秒。

第六节 工程项目进度计划

开工会确认进度。

第七节 工程项目执行

7.1  工程服务及责任划分

7.1.1乙方责任

乙方在整个项目执行其间为甲方提供优良的项目管理服务，并指定负责该项目的项目经理和项目工程师。项目经理负责工程计划、管理、人员组织、进度及与买方的联系。

乙方提供的工程服务包括：设计、硬件制造、机柜集成、系统组态、工程资料交付、测试、培训、FAT、控制现场服务、SAT以及开车运保服务。

工程界面：

Ø  GDS及SIS控制系统机柜以内的电缆接线由乙方完成。

Ø  从现场接线箱的系统侧到GDS及SIS控制系统的回路图由乙方完成。

Ø  辅助操作台内的接线、布置图由乙方完成。

Ø  操作站、工程师站/SOE与GDS及SIS控制系统和DCS通讯联接均由乙方完成。

7.1.2   甲方责任

乙方与甲方分工界限在机柜内端子排处。

• TRICON控制系统成套机柜以外的电缆接线。

• 提供原系统改造前最终版组态备份文件。
• 甲方提供双路220VAC电源。
• 甲方负责确认乙方提供的TRICON系统设计方案，并配合甲方进行工作，乙方送交甲方的技术问题应在5个工作日内给予答复。
• 配合乙方回路测试和联锁试调。
• 甲方现场安装环境，以达到满足TRICON系统的安装要求。TRICON系统的安装环境要求如下：
• 
  

第八节工程项目执行

8.1  质量保证

在甲方规定的安装和存放条件下，乙方担保其产品对产品的质量保证期为：

·         装置工艺开工后12个月，或交货后18个月，两者以先到期者为准。

在质量保证期内，乙方对其制造的所有产品，无论是工艺、材料或软件的缺陷，负责在一周内免费更换和修理，必要时自费派遣有经验的工程师到现场处理，处理后产品的质量保证期仍然维持到原定的质量保证期为止。

在质量保证期后，乙方提供及时、良好的服务以及备品、备件的供给。在合同保证期内，免费提供最新版本的系统软件、应用软件及升级服务。对于由于软件版本等引起的系统故障，乙方将及时处理，并在48小时内赶到现场。

8.2  售后服务响应

乙方在国内设有多处服务机构，目前已设置长期服务机构的地点包括北京、上海、广州、南京、沈阳、成都、武汉等。具有多名资深的服务技术人员，可以提供24小时的快速及时的响应并完全具备在现场提供系统安装指导、调试开车服务和现场人员培训的能力。