A method to control the running state of pumps in the case of soft-start trip: A case study on Mohe-Daqing Crude Oil Pipeline
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摘要: 为了解决定速输油泵软启动跳闸故障导致泵远控运行状态与现场实际不符及延时重启的问题，结合电气设备控制理论和PLC程序逻辑，建立了一种新的定速输油泵软启动跳闸故障中泵运行状态的控制方法。该方法是将漠大线各站场现有软启动设备上的启停状态辅助信号，上传至站控PLC系统，在站控PLC系统中编写控制逻辑对软启动的跳闸故障状态进行判断，从而控制定速输油泵机组的高压断路器。使软启动在发生跳闸故障后能够及时分开高压断路器，实现泵机组的远控运行状态与现场状态始终保持一致，并确保软启动跳闸故障发生后不出现延时重启现象。应用该方法不需要添加任何硬件设备，节约了支出成本，有效地消除了因定速输油泵机组软启动跳闸故障带来的安全隐患。Abstract: In actual practices, a soft-start trip of constant-speed oil pump may result in the inconsistency between remote-control and on-site running states and the delayed restart. In order to solve this problem, a new method to control the running state of constant-speed oil pump in the case of soft-start trip was developed with reference to the electrical equipment control theories and the PLC program logic. By virtue of this method, the auxiliary start/stop state signals of existing soft-start equipments at all stations along Mohe-Daqing Crude Oil Pipeline are uploaded to the station control PLC system. Then, the fault state of soft-start trip is diagnosed by using the control logic programmed in the station control PLC system so as to control the high-voltage circuit breaker of constant-speed pump unit. In this way, the high-voltage circuit breaker can be separated in time once a soft-start trip occurs, so that the remote-control and on-site running states of pump unit remain consistent and the delayed restart will not occur after a soft-start trip. When this method is used, no more hardware is needed, so the cost is saved. By means of this method, the potential safety hazard caused by the soft-start trip of constant-speed oil pump unit is eliminated effectively.
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Keywords:
- Mohe-Daqing Crude Oil Pipeline /
- constant-speed oil pump /
- soft start /
- trip /
- control logic /
- running state
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中俄原油管道工程漠河—大庆段（漠大线）于2009年开工建设，于2011年1月1日正式投产运行，全长926.5 km[1]。全线包括漠河输油站、塔河输油站、加格达奇输油站、讷河输油站、林源输油站共5座站场，除林源输油站作为全线末站未设置输油泵机组外，其余4座站场均设有输油泵机组，各站场的定速输油泵机组数量为漠河输油站3套，塔河输油站4套，加格达奇输油站4套，讷河输油站4套[2-3]。
当定速输油泵机组软启动设备发生跳闸故障时，现场泵机组实际已经停运，而泵机组的高压断路器未能正常进行分闸操作仍处于闭合状态，所以此时站控系统中显示输油泵机组仍处于远控运行状态，与现场泵机组的实际运行状态不符。泵机组软启动设备本体还设置了防止输油泵连续启停的延时启动功能，即当软启动发生停止动作后必须延时30 min后才能进行再次启动，如果在软启动发生跳闸故障后的30 min内，没有对上侧的高压断路器进行分闸操作，当延时结束时会发生泵机组的误启动情况[4]。泵机组软启动跳闸后延时重启的故障会造成全线停输、憋压、跑油等事故，给安全生产运行带来重大隐患。
为了防止事故的发生，结合站场设备目前的功能，通过在PLC系统中添加修改程序逻辑，实现在软启动跳闸故障发生后自动断开相应机组高压断路器的功能，使泵机组的现场实际运行状态与远控运行状态保持一致，并解决了软启动跳闸故障发生后的延时重启问题。消除了因定速输油泵机组软启动跳闸故障带来的安全隐患，保障管道的安全平稳运行。
1. 控制逻辑
漠大线SCADA控制系统分为中心、站控及就地三级控制方式，其中中心控制方式由北京油气调控中心执行操作[5]，站场和就地控制方式由各输油站场的站控操作系统和运行操作人员执行操作[6-7]。中心控制系统采用的是Viewstar监控软件，各输油站场采用的是Oasys监控软件，ViewStar和Oasys都属于高性能、大容量的上位监控软件，适用于设备数量多、通讯要求高、网络结构复杂的工作场所，可同时对大量数据信息进行实时采集监控和分析存储。全线各输油站场的PLC系统主要由3类构成：①站控PLC系统负责实时采集和控制站场内所有生产设备的状态信息，定速输油泵机组软启动跳闸故障控制泵机组远控运行状态的逻辑，就是在站控PLC系统中编辑完成的；②ESD保护PLC系统是紧急停车和执行ESD动作的紧急保护系统[8-9]；③消防火气PLC系统是站内所有消防设备的监控系统，站控PLC系统和ESD保护PLC系统采用的是美国AB公司的ControlLogix5000系列控制器，消防火气PLC系统采用的是美国通用电气公司的GE安全系列控制器[10-13]。
定速输油泵机组软启动跳闸故障控制泵远控运行状态的功能，主要是利用软启动上的启停状态辅助触点控制断开相应的高压断路器[14]。将泵机组软启动上的启停状态辅助触点信号连接至站控PLC系统，在PLC程序中实时监控该信号的变化。当软启动运行后该触点处于闭合状态，站控PLC系统不输出任何动作指令，当软启动由运行状态变为停止状态后，对应的辅助触点由闭合改变为断开，站控PLC系统结合该泵机组的运行状态和上位系统下发的停泵命令，综合判断泵机组软启动设备的停运是正常停泵还是故障跳闸。如果软启动设备由运行变为停止时，站控PLC系统没有检测到来自上位系统下发的任何停泵命令，且此时泵机组仍有远控运行状态信号，则站控PLC系统会将软启动设备的这次停运作为跳闸故障处理。在站控PLC系统确认软启动发生跳闸故障10 s后，将自动执行泵机组的停泵逻辑，分开泵机组的高压断路器，使站控PLC系统显示的远控运行状态与现场实际状态保持一致。
定速输油泵机组软启动在发生跳闸故障时的动作信号非常快，使站控PLC系统在检测到跳闸信号后会立即执行停泵逻辑断开高压断路器，但上位系统如果未设置相应的报警信息，监控人员就不能第一时间发现停泵的实际原因，并为之后的故障查找工作带来不便[15]。所以在此次新增功能中，既在站控PLC系统中增加了控制逻辑，同时还增加了相应的报警地址点，确保在软启动设备发生跳闸故障后，站控PLC系统能及时的产生对应的报警信息，方便人员监控和故障的查找工作。
2. 功能设置与接线
在软启动设备（图 1）停止状态下，利用控制柜正面的操作面板进入程序编辑菜单，设置设备的相关参数，除启动信息设置需在下次启动时生效外，其他参数设置均可立即生效[16]。按操作面板上的菜单按键进入菜单选项，选择进入编程菜单中的标准菜单，在里面找到设置继电器输出B的参数代码7D、7E、7F，启用继电器输出B的输出功能，并取消对应的打开和关闭延时，若该功能已被启用，可直接按退出键返回运行界面，继电器输出功能设置完成后可立即生效，在软启动的运行和停止状态下，分别对继电器输出B所对应的端子信号状态进行测量，确认输出状态正常。
以漠河输油站软启动与站控PLC系统之间的接线情况为例（表 1），在完成所有软启动设备相应的设置后，还需将软启动的启停状态辅助触点信号连接到站控PLC系统中，利用站场施工建设过程中电气设备与站控PLC系统间预留的备用信号线缆，将软启动启停状态辅助触点信号连接到站控PLC系统中的开关量输入模块的指定信号通道上[17-18]。
表 1 漠大线漠河输油站软启动与站控PLC系统接线表
3. 连锁测试
在完成软启动的功能设置、辅助触点端子接线、站控PLC系统IO模块通道分配及端子接线、PLC系统逻辑编辑的工作后，需要对软启动跳闸故障功能进行一次完整的实际测试。确认新增加的PLC系统逻辑是否可以依据设计功能运行；确认站控PLC系统控制的现场设备是否能按指令进行动作；确认现场设备的实际状态是否能够正常上传至站控PLC系统内；确认上位系统是否能够产生相应的报警信息并进行记录。其主要测试内容包括：
（1）对软启动启停状态辅助触点信号进行测试，确认该辅助触点信号可以按照软启动的实际运行状态进行改变。
（2）利用RSLogix5000软件连接站控PLC系统控制器[19-21]，确认控制器在远控运行状态，并将当前在线运行的程序进行备份，在控制器标签内添加程序修改过程中所需要的寄存器地址，并在新增加的子程序中编写梯形图逻辑[22]。
（3）将需要进行测试的输油泵机组的高压开关柜手车拉至实验测试位，并停止相应软启动设备，确认测试输油泵机组已具备模拟启泵的条件，在上位系统中连锁启动该输油泵，并确保输油泵在启动完成后无保护报警、跳闸报警、偏差报警等相关报警信息，保证输油泵机组的模拟运行状态全部正常[23]。
（4）定速输油泵在模拟启动过程中软启动不能正常投用，所以在测试软启动跳闸故障逻辑时，跳闸信号只能人工模拟[24]。首先人工模拟一个软启动的运行状态信号上传到站控PLC系统内，然后在测试泵机组正常运行且不下发任何停泵命令的情况下，将软启动的运行状态信号改变为停止，检查站控PLC系统中新增逻辑的运行状态，确认在上述测试工况下站控PLC系统可以将软启动的停止动作判断为跳闸并执行连锁停泵程序，检查上位系统是否产生了相应的跳闸报警信息[25-29]。
上述测试必须在全线停输状态下进行，如在测试过程中发现任何问题应及时进行排查处理。
4. 结论
通过深入学习漠大线软启动设备的相关知识，根据全线日常输油生产过程中各输油站场发现的具体问题隐患，结合运行设备现有功能及站控PLC系统，对现场设备及控制系统进行整合，解决了定速输油泵在运行过程中软启动发生跳闸故障带来的安全隐患，增强了输油生产过程中关键设备运行的稳定性，确保全线输油生产的安全平稳运行。
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