空分設(shè)備自動(dòng)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

摘要：本文主要介紹了空分制氮（制氧）設(shè)備的自動(dòng)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)上位計(jì)算機(jī)加組態(tài)軟件配合下位PLC構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，使用方便。
關(guān)鍵字：PLC 級(jí)式語(yǔ)言 組態(tài)軟件 PID控制
1.概述: 空分設(shè)備是從空氣中同時(shí)提取氧氣和氮?dú)獾某商卓諝夥蛛x設(shè)備，其工藝流程為中壓帶透平膨脹機(jī)的克勞特循環(huán)。空氣從大氣中吸入空壓機(jī)，被壓縮到所需的壓力，再經(jīng)末級(jí)冷卻器冷卻后進(jìn)入氟里昂預(yù)冷機(jī)組，被冷卻至5℃左右進(jìn)入純化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏任镔|(zhì)，進(jìn)入分餾塔。經(jīng)純化后的壓縮空氣進(jìn)入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來(lái)的氧、氮及餾份氣進(jìn)行熱交換后經(jīng)節(jié)流閥與膨脹機(jī)出來(lái)的冷空氣會(huì)合于下塔底部的蒸發(fā)器，在下塔進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。液空在下塔預(yù)分后，再節(jié)流到上塔進(jìn)一步分餾，在塔頂?shù)玫郊兊獨(dú)猓纤胁砍槌鲋s份氣經(jīng)上換熱器回收冷量后作為純化器再生吹冷用，產(chǎn)品純氮?dú)馔ㄟ^(guò)管道輸往用戶(hù)。產(chǎn)品氧氣在輸氧管路旁接水封器后導(dǎo)入貯氣囊通往氧壓機(jī)。
空分設(shè)備控制方法以前一般是采用機(jī)旁柜方式，使用單回路調(diào)節(jié)儀及很多的儀器儀表配合人工進(jìn)行控制，操作麻煩，采用PLC加上位計(jì)算機(jī)控制后，可以大大減少值班人員，提高系統(tǒng)的可靠性。自動(dòng)控制系統(tǒng)下位機(jī)（PLC）主要分為以下幾個(gè)部分：純化器控制、 精溜塔控制、 膨脹機(jī)控制、 貯氣槽控制系統(tǒng)；上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：系統(tǒng)流程顯示 、系統(tǒng)預(yù)警報(bào)警、 數(shù)據(jù)記錄及圖形化顯示 報(bào)表打印等
2.系統(tǒng)框圖如下:

3.功能介紹: 本高純氮設(shè)備由上下位機(jī)組成的電腦控制系統(tǒng)對(duì)整套裝置實(shí)施控制和管理。通過(guò)PLC控制柜編制控制程序，用它來(lái)處理運(yùn)行整套裝置的所有輸入和輸出信號(hào)。個(gè)人電腦（PC）是PLC控制柜和操作員之間的人機(jī)界面，它里面安裝了人機(jī)交互軟件包INTOUCH組態(tài)軟件，電腦還連接打印機(jī)，可打印表格和圖形等。
3．1 上位控制主要功能
電腦控制系統(tǒng)的主要功能包括對(duì)整個(gè)裝置的工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)并傳輸?shù)较挛籔LC，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，軟件連鎖和硬線連鎖，用鍵盤(pán)輸入操作命令，歷史數(shù)據(jù)記錄和處理（數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)量累計(jì)、報(bào)表和圖形生成）等。操作畫(huà)面根據(jù)流程畫(huà)面分頁(yè)，分頁(yè)畫(huà)面包括氮?dú)庹究偭鞒蹋瑝嚎s空氣系統(tǒng)，預(yù)純化系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)，膨脹機(jī)系統(tǒng)，氮?dú)浠炫湎到y(tǒng)，液氮備用系統(tǒng)，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和加溫解凍系統(tǒng)等畫(huà)面，此外還有歷史趨勢(shì)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、打印報(bào)表畫(huà)面、參數(shù)總攬和調(diào)節(jié)回路畫(huà)面等。該控制系統(tǒng)中，設(shè)置三級(jí)不同的操作等級(jí)（常規(guī)操作級(jí)、參數(shù)修改級(jí)、工藝級(jí)）使用密碼保護(hù)，所有功能對(duì)工藝級(jí)開(kāi)放，其他兩級(jí)為受限用戶(hù)。未經(jīng)授權(quán)的操作人員只能查看運(yùn)行狀況，只有經(jīng)培訓(xùn)合格的人員才會(huì)被授予操作權(quán)限。
精鎦塔畫(huà)面如下：
3．2 下位PLC主要控制功能
3．2．1 純化器控制
預(yù)純化器的再生有5個(gè)循環(huán)步，他們分別是卸壓（A），加熱（B），冷卻（C），均壓（D）和并聯(lián)（C）。邏輯控制軟件自動(dòng)控制純化器的變溫吸附循環(huán)，控制過(guò)程的監(jiān)控對(duì)象有加熱和冷卻溫度，閥門(mén)狀態(tài)，當(dāng)前循環(huán)步，當(dāng)前循環(huán)所剩時(shí)間和當(dāng)前狀態(tài)等。如果控制程序出錯(cuò)裝置會(huì)報(bào)警，錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)裝置會(huì)連鎖跳機(jī)。操作人員在停機(jī)后啟動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)短或停機(jī)時(shí)的循環(huán)步來(lái)決定是恢復(fù)到停機(jī)前的循環(huán)步或通過(guò)步進(jìn)開(kāi)關(guān)來(lái)重新設(shè)定循環(huán)步來(lái)恢復(fù)裝置運(yùn)行。
動(dòng)作閥位表

純化器控制根據(jù)時(shí)間進(jìn)行流程控制，使用KOYO的級(jí)式語(yǔ)言方式進(jìn)行編程非常方便。級(jí)式編程語(yǔ)言，是光洋電子根據(jù)理論獨(dú)家開(kāi)發(fā)的，力求成為理想的控制用編程語(yǔ)言。可以說(shuō)是最適合流程控制的編程語(yǔ)言。
級(jí)式語(yǔ)言是面向工藝流程的可編程序控制器編程語(yǔ)言將控制過(guò)程按工藝流程分成若干動(dòng)作工序，分別編制各工序的處理程序，并根據(jù)工序結(jié)束條件及工序轉(zhuǎn)移方向，將這些處理程序連接起來(lái)，就是2級(jí)式語(yǔ)言。如

在每一工序中對(duì)輸入輸出單獨(dú)進(jìn)行處理，而不需考慮一般梯形圖所需的復(fù)雜互鎖關(guān)系，而且在調(diào)試過(guò)程中，對(duì)設(shè)備進(jìn)行到什么狀態(tài)會(huì)非常方便。
部分控制程序如下：

3.2.2 精溜塔控制
有關(guān)測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、流量信號(hào)經(jīng)模塊相應(yīng)PLC的輸入模塊輸入到PLC，PLC根據(jù)上位機(jī)預(yù)設(shè)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行閥門(mén)的PID調(diào)節(jié)，閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，閥門(mén)的連鎖動(dòng)作，預(yù)警及報(bào)警處理。
3． 2.3 脹機(jī)控制
有關(guān)測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、流量信號(hào)經(jīng)模塊相應(yīng)PLC的輸入模塊輸入到PLC，PLC根據(jù)上位機(jī)預(yù)設(shè)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行閥門(mén)的連鎖動(dòng)作，根據(jù)制冷量的要求，由操作人員通過(guò)上位機(jī)根據(jù)測(cè)試點(diǎn)的參數(shù)控制膨脹機(jī)相關(guān)閥門(mén)開(kāi)度以控制膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)膨脹機(jī)由于意外操作或機(jī)器故障引起轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)，會(huì)提前預(yù)警，達(dá)到連鎖值時(shí)會(huì)立即關(guān)斷進(jìn)氣閥，打開(kāi)旁通閥以保護(hù)膨脹機(jī)不致?lián)p壞。
3． 2.4氣槽控制
當(dāng)管網(wǎng)壓力持續(xù)下降，通過(guò)中壓氮?dú)夤拚{(diào)節(jié)系統(tǒng)還不能將管網(wǎng)壓力維持在使用要求壓力時(shí)，PLC將指令打開(kāi)液氮備用系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，從液氮備用系統(tǒng)補(bǔ)充氣化后的液氮來(lái)提高氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力,當(dāng)管網(wǎng)壓力恢復(fù)時(shí)停止補(bǔ)充液氮。液氮備用系統(tǒng)還可在制氮裝置停運(yùn)時(shí)，作為后備系統(tǒng)替代制氮機(jī)向管網(wǎng)供氣。
4. 應(yīng)用效果: 使用基于以上PLC控制，上位機(jī)監(jiān)控方式控制空分制氮（氧）設(shè)備大大提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，減少了人為的原因引起的系統(tǒng)故障，同時(shí)大大減少了設(shè)備日常運(yùn)行人員數(shù)量，為各使用單位帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。上位機(jī)畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀況，提示故障時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)設(shè)備操作人員提供了極大的方便性。機(jī)旁柜控制方式時(shí)，一名設(shè)備操作人員至少要經(jīng)過(guò)1到2年的培訓(xùn)和實(shí)踐才能獨(dú)立對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，而采用本系統(tǒng)方式時(shí)，一名操作人員只需經(jīng)過(guò)幾周的培訓(xùn)就可以實(shí)際操作。該控制系統(tǒng)在上位機(jī)部分還設(shè)有不同操作人員的不同控制級(jí)別（密碼保護(hù)），這樣可以大大預(yù)防不熟悉人員對(duì)機(jī)器的誤操作。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄和保存，為設(shè)備的工藝工況分析提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為設(shè)備的工藝改進(jìn)提供了第一手資料。