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哪些压缩机能进 DCS,哪些必须上 CCS

基础 · 2026-07-20

依据 SH/T 3199—2018《石油化工压缩机控制系统设计规范》

装置里的压缩机不少,但不是每一台都要配一套专用控制系统。哪些机组的控制可以放在 DCS 里,哪些必须上 CCS(ITCC),SH/T 3199—2018 在适用范围里划了明确的线,条文说明表 1 又给出了划线的理由。

一、规范划的线

§1 规定:本规范适用于由蒸汽、燃气、烟气或工艺气汽轮机驱动的大型离心式和轴流式压缩机的控制系统设计。条文说明进一步限定为 SH/T 3144 和 API Std 617 规定的机型,「大型」指压缩机轴功率大于 1500kW。

条文说明同时列出了不适用清单:往复式压缩机、通风机、鼓风机、整体齿轮压缩机和膨胀机的控制系统,以及电机驱动的离心和轴流式压缩机的电机部分。这些机组不在本规范强制范围内,控制方案由工程自定,实践中大量由 DCS 直接承担——往复机的分档负荷调节、鼓风机的入口导叶控制、中小电驱离心机的回流控制,DCS 的能力都够用。

边界上有一类要注意:电机驱动的离心/轴流压缩机,电机部分不适用本规范,但压缩机部分控制系统的设计要求可参考本规范。也就是说一台大功率电驱离心机,防喘振该怎么做还是照着这本规范做,只是电机侧另算。

哪些压缩机能进 DCS,哪些必须上 CCS

图 1  控制系统去向判定(§1 及条文说明)

二、为什么线画在这里:速度

条文说明表 1 比较了三种方案。DCS+电子调速器:采样速率 250ms 左右、秒级执行速率,不能满足压缩机组高速控制要求;有时被用来做简单的串级性能控制,但无专业控制策略和方案。

中间还有一种拼凑方案——DCS+电子调速器+单回路调节器。各设备能实现各自目标,但无法实现多回路之间的耦合和解耦控制,一旦系统本身故障很难排除,更不能在线排除;速度虽可满足,但经常出现各自为政的现象,通信会有阻塞;由于是不同厂家产品,服务往往难以协调。

CCS(ITCC)是毫秒级采样速率、可固定的执行速度,机组控制回路一般小于 50ms,最快达到 20ms,还具有事故追忆。§6.6.1.3 把这个要求落到硬件:防喘振、抽汽、性能及转速控制回路均应基于同一台控制器,每 10ms 至少对所有关键输入扫描一次,每 50ms 至少执行所有控制算法一次。同一台控制器,就是为了从根上消除拼凑方案的回路间通信延迟。

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图 2  三种控制方案性能比较(条文说明 表 1)

大型汽轮机驱动机组的喘振、超速都是秒级发展的过程,250ms 采样加秒级执行意味着控制器看到异常时工况已经走远。这就是 1500kW 以上汽轮机驱动机组不进 DCS 的原因——不是 DCS 做不了逻辑,是跟不上速度。

三、CCS 多做的事

解耦(§4.6):压缩机的防喘振控制、性能控制、汽轮机的抽汽控制和转速控制之间实时解耦;多段压缩机各防喘振控制回路之间动态解耦。

负荷分配(§4.7):并联或串联运行的多台压缩机,根据工艺总负荷要求和每台机组的功率大小合理分配负荷,兼顾安全操作裕度,尽可能避免降负荷时不必要的再循环或停机。

独立超速保护(§4.9):驱动汽轮机应设置独立的、具有 SIL3 认证的三取二(2oo3)专用电子超速保护器,并在 CCS 转速控制回路中设置汽轮机转速上限——超速保护不依附于 CCS 本体。

故障下不间断(§4.10):CCS 应能检测防喘振控制和转速控制的故障并产生相应的保护输出,即使单个硬件故障也应能提供不间断的控制。

四、上了 CCS,DCS 干什么

CCS 不是把 DCS 替换掉,两者是分工关系。§6.8 划定 CCS 的功能面:压缩机侧的防喘振控制、性能(负荷)控制、跳车保护(也可由 SIS 实现),汽轮机侧的转速控制、抽汽控制、超速保护。条文说明 6.8.3 特别指出,压缩机过程控制——各段间罐的液位控制、进出口压力温度检测及控制——因为与其他控制功能存在耦合,也要先在 CCS 中解耦运算后再输出信号到调节阀,而不是简单交给 DCS。

两个系统之间用冗余通道对话:CCS 至 DCS 的通信接口应采用冗余以太网或双向冗余串行通信方式,串行通信协议宜为 MODBUS RTU、接口宜采用 RS-485,接口形式应为端子型而不应采用插口式(§6.6.8.3)。CCS 向 DCS 传系统状态、逻辑状态、电源状态、自诊断状态和报警,DCS 向 CCS 下发失效信号、复位信号、设定值数据和其他操作信号。

操作层面也可以合并:条文说明 6.2.1 明确 CCS 的操作员站(OWS)为可选项,可采用 DCS 的操作员站替代——操作员在 DCS 画面上一站式操作,CCS 在后台跑高速回路。

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图 3  CCS 与 DCS 的分工与通信接口

小结

判定顺序其实就两步:先看驱动和机型——汽轮机驱动、大型(>1500kW)离心/轴流机,进 CCS,这是规范的强制范围;往复机、风机、齿轮机、膨胀机和电机部分不在范围内,DCS 承担与否由工程权衡。再看边界情形——大功率电驱离心机的压缩机部分参照 CCS 做法,有 SIL 等级要求时选 SIL 认证的安全型 PLC。划线的底层逻辑始终是速度与耦合:回路响应要毫秒级、多回路要解耦,DCS 给不了的,才需要 CCS。

本文依据 SH/T 3199—2018 正文及条文说明编写,条文号以原文为准。

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