PLC在氧氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

介紹了采用三菱PLC和CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)的氧氣壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)配置和主要控制功能。該系統(tǒng)對(duì)過(guò)程量的實(shí)時(shí)控制和開(kāi)關(guān)量的聯(lián)鎖控制都有較為理想的實(shí)現(xiàn)。

1 引言

萊鋼8#氧氣壓縮機(jī)是12000m3/h空分裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是將氣態(tài)氧產(chǎn)品壓縮成中壓氧,通過(guò)管道輸送到用戶。8#氧氣壓縮機(jī)工作正常與否，對(duì)萊鋼的生產(chǎn)大局和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。它主要采用三菱MELSEC A1S PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，控制效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

2 工藝簡(jiǎn)介

萊鋼8#氧壓機(jī)的工藝流程，純度達(dá)到99.6%以上的氧氣，經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV 3922和入口截止閥PV 1501進(jìn)入壓縮機(jī)，進(jìn)行第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)壓縮，每級(jí)壓縮后經(jīng)過(guò)一次冷卻;一級(jí)壓縮后氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV1 1510形成一級(jí)回流，三級(jí)壓縮后氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV3 1510形成三級(jí)回流;氣體回流引起入口壓力PI 3922升高、流量FI 3920降低，由調(diào)節(jié)閥FCV1 3920和FCV2 3920進(jìn)行機(jī)前放空，使壓力PI 3922和流量FI 3920保持在設(shè)定點(diǎn)附近;從氧壓機(jī)出來(lái)的氧氣經(jīng)截止閥PV 1537通過(guò)管道輸送到用戶，或根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要通過(guò)截止閥PV 1536放空。為確保安全，每一級(jí)壓縮排氣側(cè)分別裝有安全閥，超壓時(shí)緊急排放部分氣體，以降低壓縮氣體壓力。

3 系統(tǒng)配置

萊鋼8#氧壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要采用三菱MELSEC A1S PLC和CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)配置如圖2所示，配置有1塊CPU主基板（A1S38B）和1塊擴(kuò)展基板（A1S55B-S1），共有1塊電源模板（A1S62P）、1塊CPU模板（A1SCPU）、4塊數(shù)字輸入模板（A1SX80）、3塊數(shù)字輸出模板（A1SY80）、3塊模擬輸入模板（A1S64AD）、1塊模擬輸出模板（A1S62DA）、2塊PT100多路轉(zhuǎn)換變送器（PT-62），1個(gè)操作員面板通過(guò)CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC控制器相連。系統(tǒng)共有數(shù)字量輸入信號(hào)63 點(diǎn)、數(shù)字量輸出信號(hào)43點(diǎn)、模擬量輸入信號(hào)9點(diǎn)、模擬量輸出信號(hào)2點(diǎn)、RTD信號(hào)18點(diǎn)。

4 主要控制功能

氧壓機(jī)控制功能主要包括防喘振控制、壓縮機(jī)啟/停聯(lián)鎖控制、輔助設(shè)備的啟/停聯(lián)鎖控制，以及重要工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警等。

4.1防喘振控制

壓縮機(jī)出口流量與壓力不匹配，即流量低或壓力高時(shí)，會(huì)造成壓縮機(jī)喘振。該氧壓機(jī)防喘振控制包括入口壓力調(diào)節(jié)、入口流量調(diào)節(jié)、一級(jí)回流調(diào)節(jié)和三級(jí)回流調(diào)節(jié)。

（1） 入口壓力調(diào)節(jié)
入口壓力采取常規(guī)PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器為PIC 3922，由入口壓力調(diào)節(jié)閥PCV 3922完成。
（2） 入口流量調(diào)節(jié)
入口流量采取分段調(diào)節(jié)，由機(jī)前主放空調(diào)節(jié)閥FCV1 3920和旁路放空調(diào)節(jié)閥FCV2 3920完成。
調(diào)節(jié)參數(shù)為氧壓機(jī)機(jī)前流量，測(cè)量值有溫壓補(bǔ)償。當(dāng)PID調(diào)節(jié)器FIC 3920的輸出在0-10%之間時(shí)，旁路放空調(diào)節(jié)閥FCV2 3920起作用，對(duì)應(yīng)開(kāi)度為0-100%，主放空調(diào)節(jié)閥FCV1 3920處于全關(guān)狀態(tài);當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出在10%-100%之間時(shí)，主放空調(diào)節(jié)閥FCV1 3920開(kāi)始起作用，對(duì)應(yīng)開(kāi)度為0-100%，旁路放空調(diào)節(jié)閥FCV2 3920處于全開(kāi)狀態(tài)。

（3） 回流調(diào)節(jié)

回流調(diào)節(jié)采取分段調(diào)節(jié)，由一級(jí)回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510和三級(jí)回流調(diào)節(jié)閥PCV3 1510完成。

調(diào)節(jié)參數(shù)為氧壓機(jī)機(jī)前流量和管網(wǎng)壓力，二者分別進(jìn)行PID運(yùn)算。當(dāng)管網(wǎng)壓力正常時(shí)，機(jī)前流量調(diào)節(jié)器FIC 3921的輸出作為回路輸出;當(dāng)管網(wǎng)壓力超過(guò)某一值時(shí)，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)器PIC 1510的輸出作為回路輸出;當(dāng)氧壓機(jī)卸載時(shí)，回路輸出選擇一個(gè)時(shí)變函數(shù)，時(shí)變函數(shù)為50%+（t/240）×50%（其中t為時(shí)間變量），即在240s內(nèi)，回路輸出由50%逐漸增大到100%。當(dāng)回路輸出在0-50%之間時(shí)，一級(jí)回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510起作用，對(duì)應(yīng)開(kāi)度為0-100%，三級(jí)回流調(diào)節(jié)閥PCV3 1510處于全關(guān)狀態(tài);當(dāng)回路輸出在50%-100%之間時(shí)，三級(jí)回流調(diào)節(jié)閥PCV3 1510開(kāi)始起作用，對(duì)應(yīng)開(kāi)度為0-100%，一級(jí)回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510處于全開(kāi)狀態(tài)。

漸變選擇器能根據(jù)一定條件選擇不同的輸入，從一種輸入切換到另一種輸入的過(guò)程是按指數(shù)規(guī)律漸變的，需要經(jīng)過(guò)5倍時(shí)間常數(shù)的時(shí)間，時(shí)間常數(shù)可由編程人員設(shè)定。

漸變選擇器1和3的切換條件是管網(wǎng)壓力超過(guò)某一設(shè)定值;漸變選擇器2的切換條件是氧壓機(jī)卸載（通過(guò)截止閥PV1536放空）。回路輸出返回到漸變選擇器1的目的是實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。

4.2 壓縮機(jī)啟/停聯(lián)鎖控制

（1） 壓縮機(jī)啟動(dòng)
壓縮機(jī)啟動(dòng)前，系統(tǒng)應(yīng)具備以下條件:
① 冷卻水管已打開(kāi);
② 壓縮機(jī)進(jìn)氣管和排氣管上的手動(dòng)閥已打開(kāi);
③ 將排放壓力調(diào)節(jié)器PIC 1510置于自動(dòng)，設(shè)定點(diǎn)2900 kPa;
④ 將入口流量調(diào)節(jié)器FIC 3920置于自動(dòng),FIC 3921置于手動(dòng)，且0%的輸出信號(hào)，打開(kāi)回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510和PCV3 1510;
⑤ 將入口壓力調(diào)節(jié)器PIC 3922置于自動(dòng)，設(shè)定點(diǎn)40 kPa，進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥PCV 3922 打開(kāi)。

當(dāng)上述條件和供電等外圍條件都滿足時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)上按下用“壓縮機(jī)啟動(dòng)”按鈕啟動(dòng)氧壓機(jī)，入口截止閥PV 1501自動(dòng)打開(kāi)，在主控室DCS操作畫(huà)面上增加調(diào)節(jié)器FIC 3921的輸出信號(hào)，從而使回流閥關(guān)閉。

如果外供用戶量小于裝置氧產(chǎn)量，機(jī)前放空閥自動(dòng)保持打開(kāi)。將調(diào)節(jié)器FIC 3921置于自動(dòng)，設(shè)定點(diǎn)150-200m3/h，高于調(diào)節(jié)器FIC 3920的設(shè)定點(diǎn)。

（2） 壓縮機(jī)停止

正常停止:
在壓縮機(jī)正常運(yùn)行情況下，有就地停止和遠(yuǎn)程停止兩種方式。就地停止方式下，按下現(xiàn)場(chǎng)控制盤(pán)上的“壓縮機(jī)停止”按鈕，壓縮機(jī)即停止;遠(yuǎn)程停止方式下，在主控室DCS操作畫(huà)面上按下“COMPRESSER SHUT DOWN”按鈕，壓縮機(jī)即停止;無(wú)論采用哪種停止方式，在壓縮機(jī)停止的同時(shí)，入口閥PV 1501都自動(dòng)關(guān)閉。
故障停止:

當(dāng)啟動(dòng)主電機(jī)時(shí)，如果系統(tǒng)在5/s內(nèi)收不到“主電機(jī)運(yùn)行反饋”信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止壓縮機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。在壓縮機(jī)正常運(yùn)行期間，發(fā)生電機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)失靈、嚴(yán)重喘振等故障，壓縮機(jī)將自動(dòng)停止運(yùn)行，并且所有的系統(tǒng)設(shè)備將處于停止?fàn)顟B(tài)。

4.3 輔助設(shè)備的控制

氧壓機(jī)輔助系統(tǒng)主要有冷卻水系統(tǒng)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)都是手動(dòng)操作;潤(rùn)滑油系統(tǒng)一般總處于自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)油壓低于一定壓力時(shí)，輔油泵自動(dòng)運(yùn)行;當(dāng)油壓高于某一值時(shí)，則油泵自動(dòng)停止。潤(rùn)滑油還帶有加熱器，當(dāng)油溫低于某一值時(shí)，油加熱器自動(dòng)投入;當(dāng)油溫超過(guò)某一值時(shí)，油加熱器自動(dòng)斷開(kāi)。

4.4 操作員面板的功能

操作員面板通過(guò)先進(jìn)的CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線與控制器相連，實(shí)時(shí)采集并顯示重要的工藝參數(shù)、故障狀態(tài)、報(bào)警信息，調(diào)整重要的PID參數(shù)，啟/停主電機(jī)及輔助設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全可靠最優(yōu)控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于充分利用了PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)對(duì)過(guò)程量的實(shí)時(shí)控制和開(kāi)關(guān)量的聯(lián)鎖控制都有明顯效果。