應用PLC自控系統(tǒng)實現空壓站自動化控制
在棉紡織企業(yè)廣泛使用噴氣織機的情況下，空壓站建設是一項重要的輔助工程。在天津紡織園區(qū)所有空壓站配備的主要設備為離心式空氣壓縮機、冷凍式空氣干燥器，通過儲氣罐、連接管道和閥門等組成壓縮空氣供氣系統(tǒng)，并配套冷卻系統(tǒng)、儀表空氣系統(tǒng)，計算機檢測系統(tǒng)，以實現空壓站為生產一線保證不同壓力、不同負荷的用氣需求。在此前提下確保合格的供氣品質，滿足穩(wěn)定的氣源壓力，自動調節(jié)供氣流量等是空壓站自動控制的基本任務。隨著自動化水平的不斷提高，關于建設無人值守空壓站的討論，是一個發(fā)展過程中的必然的課題。
空氣系統(tǒng)自動控制的必要性
應用在天紡投資控股有限公司棉紡一工廠的空壓站，安裝有4臺70M3/min 4臺，53M3/min 4臺，48M3/min 2臺，43M3 /min 4臺離心式空壓機和1臺42.5M3/min螺桿式空壓機，配有相應處理量的冷凍式干燥器。空壓機設備自身帶有的CMC控制器，能夠自動控制和保護主機的運轉，自動提示工作信息，具有故障報警和保護停機功能，能自動根據用氣量的大小加載或卸載，并配有LCD顯示屏供現場觀察各工藝參數和設備狀態(tài)，具有RS422/485通訊接口，可以實現與現場控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)的完整連接。
目前，空壓站的自控系統(tǒng)通過西門子S7-300可編程控制器，將部分空壓機的實時運行數據通過RS422/485通訊接口采集進PLC控制系統(tǒng)，并將數據傳送到現場控制室計算機上進行顯示，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表。但是沒有對空壓機進行控制。
空壓機設備自帶的CMC控制器已經能很好的控制單臺空壓機，但是不具備對空壓系統(tǒng)的整體調控能力。在空壓系統(tǒng)中，相對單臺空壓機的調整，空壓系統(tǒng)的整體自動調控具有更重要的意義：
■ 單臺空壓機無法保證空壓系統(tǒng)整體供氣壓力的穩(wěn)定，而空壓系統(tǒng)的整體自控可以有效保持系統(tǒng)內空氣壓力穩(wěn)定。
■ 整體的負載平衡，減少排氣放空，可以節(jié)約更多的能源，節(jié)省人力成本。
■ 可以實現無人操作，根據實際需要自動開機或加載空壓機以保持系統(tǒng)壓力。
■ 可以定時間斷地記錄空壓機運行數據和報警，如跳車、喘振、通訊故障、壓力等。
在已有的PLC系統(tǒng)中，沒有實現空壓系統(tǒng)的整體調控功能。由于空壓機自帶的CMC控制器提供了RS422/485通訊接口，所有的數據采集和控制功能都通過通訊接口來實現，對比原有的控制系統(tǒng)，不需要增加硬件設備的投資，只需要改進和增加控制軟件即可實現空壓系統(tǒng)的整體控制。
除空壓機設備外，還可以將與空壓機配套的冷凍式干燥器集成到RS422/485網絡中來，實現空壓供氣設備的全面自控。
空壓站其他系統(tǒng)的自動控制
除空壓供氣系統(tǒng)外，空壓站的其他系統(tǒng)也需要進行自動控制，如水循環(huán)冷卻系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的控制方法與空壓供氣系統(tǒng)不同，主要是采用傳統(tǒng)控制模式。使用儀表采集需要的運行參數，進行數據處理和分析運算后，輸出控制信號給執(zhí)行機構就可以實現系統(tǒng)的自動控制。
自動控制具有以下優(yōu)點：
■ 操作簡單，可以實現無人值守；
■ 良好的實時調節(jié)，防止了人為因素滯后；
■ 具有高可靠性；
■ 減輕工作人員負擔；
■ 節(jié)省人力成本。
需要控制的參數和可能的控制方式
空壓站需要的控制需求；⑴高、低壓供氣壓力控制（機組自動開停控制）； ⑵系統(tǒng)自動排水控制； ⑶循環(huán)水液位控制和自動加藥控制； ⑷所需壓縮空氣溫度、循環(huán)水溫度等參數控制等等。
空壓系統(tǒng)的整體自動調控一般可以使用以下2種方法之一來實現：
⑴采用PLC系統(tǒng)進行通訊和控制。
⑵可以采用英格索蘭公司或自己編制的控制軟件。
第一種方法可靠性高，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。當監(jiān)控計算機出現故障時，PLC還可以按照設定的程序進行自動控制。
第二種方法是通過控制系統(tǒng)的計算機進行單獨的分析運算進行控制，它具有較好的靈活性，但缺點是如果出現如計算機死機等故障時，有可能影響系統(tǒng)的正常運行。好在計算機的一般恢復往往不需要太多的時間。
除空壓供氣系統(tǒng)自控外，空壓站可與制冷站、熱力站系統(tǒng)一起建立設備控制網絡，實現集中控制，或與工廠控制中心聯網，由控制中心的控制器實時遠程監(jiān)控，實現真正的無人值守。
系統(tǒng)構成
對于以上討論，如果需要實現空壓站的整體自控，又許多成熟PLC自控系統(tǒng)可以選用，現以ZH公司的PLC自控系統(tǒng)為例。
該自控系統(tǒng)選用西門子S7-300系列可編程控制器，帶有RS422/485網絡接口，支持MODBUS等相關網絡通訊協議。該系統(tǒng)可以采用專用工業(yè)通訊網絡技術實施遠程聯網。空壓站自控設備可根據生產實際情況和各設備的特點，以及可能存在的問題，綜合各方面因素后確立分級控制網絡的實施方案，如圖1 所示。
■ 硬件配置
現場儀表，受控設備、執(zhí)行器、帶有串行通訊接口的設備（如空壓機，冷干機等），PLC和監(jiān)控計算機。
■ 軟件功能
選用專用的工業(yè)組態(tài)軟件（如WINCC或iFIX）用來監(jiān)視和操作整個生產過程，為控制系統(tǒng)提供通訊、顯示及報表管理等功能，各設備控制器自成一子系統(tǒng)，其應用程序功能包括：信息采集，設備控制，故障報警，連鎖保護，以及數據處理和通信傳輸。
在系統(tǒng)實施過程中，還可引入故障檢測和故障診斷的處理程序，能夠提高系統(tǒng)的智能化程度，有利于進一步改善自控系統(tǒng)的有效性和可靠性，通過優(yōu)化調度策略，軟件連鎖保護等自動控制功能模式的應用，有望將自動化水平提升到更高層次，可以為確定空壓機設備狀態(tài)檢修點提供依據，并由此獲得更大的效益。
結論
總之通過自動化控制可以克服由于人為因素造成的調節(jié)滯后等不利因素，減少運行參數的波動，達到減少用工和節(jié)約能源的目的。對于提升天紡控股有限公司的整體技術水平是相當重要的。
空氣系統(tǒng)自動控制的必要性
應用在天紡投資控股有限公司棉紡一工廠的空壓站，安裝有4臺70M3/min 4臺，53M3/min 4臺，48M3/min 2臺，43M3 /min 4臺離心式空壓機和1臺42.5M3/min螺桿式空壓機，配有相應處理量的冷凍式干燥器。空壓機設備自身帶有的CMC控制器，能夠自動控制和保護主機的運轉，自動提示工作信息，具有故障報警和保護停機功能，能自動根據用氣量的大小加載或卸載，并配有LCD顯示屏供現場觀察各工藝參數和設備狀態(tài)，具有RS422/485通訊接口，可以實現與現場控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)的完整連接。
目前，空壓站的自控系統(tǒng)通過西門子S7-300可編程控制器，將部分空壓機的實時運行數據通過RS422/485通訊接口采集進PLC控制系統(tǒng)，并將數據傳送到現場控制室計算機上進行顯示，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表。但是沒有對空壓機進行控制。
空壓機設備自帶的CMC控制器已經能很好的控制單臺空壓機，但是不具備對空壓系統(tǒng)的整體調控能力。在空壓系統(tǒng)中，相對單臺空壓機的調整，空壓系統(tǒng)的整體自動調控具有更重要的意義：
■ 單臺空壓機無法保證空壓系統(tǒng)整體供氣壓力的穩(wěn)定，而空壓系統(tǒng)的整體自控可以有效保持系統(tǒng)內空氣壓力穩(wěn)定。
■ 整體的負載平衡，減少排氣放空，可以節(jié)約更多的能源，節(jié)省人力成本。
■ 可以實現無人操作，根據實際需要自動開機或加載空壓機以保持系統(tǒng)壓力。
■ 可以定時間斷地記錄空壓機運行數據和報警，如跳車、喘振、通訊故障、壓力等。
在已有的PLC系統(tǒng)中，沒有實現空壓系統(tǒng)的整體調控功能。由于空壓機自帶的CMC控制器提供了RS422/485通訊接口，所有的數據采集和控制功能都通過通訊接口來實現，對比原有的控制系統(tǒng)，不需要增加硬件設備的投資，只需要改進和增加控制軟件即可實現空壓系統(tǒng)的整體控制。
除空壓機設備外，還可以將與空壓機配套的冷凍式干燥器集成到RS422/485網絡中來，實現空壓供氣設備的全面自控。
空壓站其他系統(tǒng)的自動控制
除空壓供氣系統(tǒng)外，空壓站的其他系統(tǒng)也需要進行自動控制，如水循環(huán)冷卻系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的控制方法與空壓供氣系統(tǒng)不同，主要是采用傳統(tǒng)控制模式。使用儀表采集需要的運行參數，進行數據處理和分析運算后，輸出控制信號給執(zhí)行機構就可以實現系統(tǒng)的自動控制。
自動控制具有以下優(yōu)點：
■ 操作簡單，可以實現無人值守；
■ 良好的實時調節(jié)，防止了人為因素滯后；
■ 具有高可靠性；
■ 減輕工作人員負擔；
■ 節(jié)省人力成本。
需要控制的參數和可能的控制方式
空壓站需要的控制需求；⑴高、低壓供氣壓力控制（機組自動開停控制）； ⑵系統(tǒng)自動排水控制； ⑶循環(huán)水液位控制和自動加藥控制； ⑷所需壓縮空氣溫度、循環(huán)水溫度等參數控制等等。
空壓系統(tǒng)的整體自動調控一般可以使用以下2種方法之一來實現：
⑴采用PLC系統(tǒng)進行通訊和控制。
⑵可以采用英格索蘭公司或自己編制的控制軟件。
第一種方法可靠性高，適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。當監(jiān)控計算機出現故障時，PLC還可以按照設定的程序進行自動控制。
第二種方法是通過控制系統(tǒng)的計算機進行單獨的分析運算進行控制，它具有較好的靈活性，但缺點是如果出現如計算機死機等故障時，有可能影響系統(tǒng)的正常運行。好在計算機的一般恢復往往不需要太多的時間。
除空壓供氣系統(tǒng)自控外，空壓站可與制冷站、熱力站系統(tǒng)一起建立設備控制網絡，實現集中控制，或與工廠控制中心聯網，由控制中心的控制器實時遠程監(jiān)控，實現真正的無人值守。
系統(tǒng)構成
對于以上討論，如果需要實現空壓站的整體自控，又許多成熟PLC自控系統(tǒng)可以選用，現以ZH公司的PLC自控系統(tǒng)為例。
該自控系統(tǒng)選用西門子S7-300系列可編程控制器，帶有RS422/485網絡接口，支持MODBUS等相關網絡通訊協議。該系統(tǒng)可以采用專用工業(yè)通訊網絡技術實施遠程聯網。空壓站自控設備可根據生產實際情況和各設備的特點，以及可能存在的問題，綜合各方面因素后確立分級控制網絡的實施方案，如圖1 所示。
■ 硬件配置
現場儀表，受控設備、執(zhí)行器、帶有串行通訊接口的設備（如空壓機，冷干機等），PLC和監(jiān)控計算機。
■ 軟件功能
選用專用的工業(yè)組態(tài)軟件（如WINCC或iFIX）用來監(jiān)視和操作整個生產過程，為控制系統(tǒng)提供通訊、顯示及報表管理等功能，各設備控制器自成一子系統(tǒng)，其應用程序功能包括：信息采集，設備控制，故障報警，連鎖保護，以及數據處理和通信傳輸。
在系統(tǒng)實施過程中，還可引入故障檢測和故障診斷的處理程序，能夠提高系統(tǒng)的智能化程度，有利于進一步改善自控系統(tǒng)的有效性和可靠性，通過優(yōu)化調度策略，軟件連鎖保護等自動控制功能模式的應用，有望將自動化水平提升到更高層次，可以為確定空壓機設備狀態(tài)檢修點提供依據，并由此獲得更大的效益。
結論
總之通過自動化控制可以克服由于人為因素造成的調節(jié)滯后等不利因素，減少運行參數的波動，達到減少用工和節(jié)約能源的目的。對于提升天紡控股有限公司的整體技術水平是相當重要的。
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