大型空壓機無人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

周藝軍，呼延翀，周 勇，厲洪波，姜 新

（濟鋼集團有限公司 檢修工程公司，山東 濟南250101）

1 前言

濟鋼鮑德氣體有限公司壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)由集中空壓機站、東區(qū)空壓機站、焦化空壓機站組成，通過管網(wǎng)將壓縮空氣輸送到煉鋼、高爐、焦化等生產(chǎn)單元，其中部分壓縮空氣作為儀表氣源用氣涉及到濟鋼生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，影響整個生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行。

為滿足壓縮空氣供應(yīng)的需要，濟鋼氣體公司新上4臺26 000 Nm3/h臺FS-ELLIOTT 1600DA3型離心式空氣壓縮機。為減少壓縮空氣輸送過程中的損耗，其中1臺安裝在焦化廠附近，距離氣體公司3 km，設(shè)備運行狀態(tài)、氣體供應(yīng)情況只能通過電話聯(lián)系，特別是當(dāng)空氣供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障時，由于信息溝通的困難使生產(chǎn)調(diào)度滯后，影響壓縮空氣正常供應(yīng)。為此，開發(fā)了大型空氣壓縮機全自動控制程序，利用濟鋼能源動力網(wǎng)資源將焦化空壓機站FS-ELLIOTT 1600DA3空壓機運行狀態(tài)及運行參數(shù)傳送至氣體公司管控中心，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和無人值守，提高了調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)急能力。

2 系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h2>

空壓機控制系統(tǒng)過程控制站由西門子S7300 PLC組成，該控制器具有RS485接口、Modbus通訊功能；上位計算機使用iFix 4.0監(jiān)控軟件實現(xiàn)監(jiān)控操作；通過使用串口服務(wù)器NPort5232將Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議后通過光纖遠(yuǎn)程傳輸，完成S7300與上位計算機iFix 4.0監(jiān)控軟件通訊，實現(xiàn)工藝參數(shù)的檢測及控制；通過以太網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)iFix 4.0監(jiān)控數(shù)據(jù)與能源管控中心焦化RTU節(jié)點的數(shù)據(jù)交換；通過能源動力網(wǎng)實現(xiàn)焦化RTU節(jié)點至能源動力網(wǎng)氣體公司RTU節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送；氣體公司管控中心管理網(wǎng)Web服務(wù)器讀取能源動力網(wǎng)氣體公司RTU數(shù)據(jù)，Orcale服務(wù)器完成數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計分析功能；通過氣體WEB服務(wù)器Citect系統(tǒng)實現(xiàn)OA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)Web發(fā)布。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 控制系統(tǒng)功能

為了滿足空壓機遠(yuǎn)程無人職守的安全要求，首先實現(xiàn)了壓縮機的全自動控制及完善的連鎖保護，采取空壓機排出壓力恒定為目標(biāo)的定壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在恒壓調(diào)節(jié)這一目標(biāo)下兼顧電機的過載保護、防喘振保護將入口導(dǎo)葉和放空閥協(xié)調(diào)調(diào)整為最佳工作點，從而保證排氣壓力連續(xù)恒定輸出。

空壓機啟動后接到加載指令開始加載，一旦達(dá)到空氣壓力設(shè)定點A，入口導(dǎo)葉就會調(diào)整空氣進(jìn)口流量以保持需要的壓縮機排氣壓力，只要對壓縮空氣的需求保持不大于壓縮機的滿載容量，入口導(dǎo)葉將自動打開和關(guān)閉。當(dāng)壓縮空氣的需求在壓縮機的喘振線B以上時，空壓機放空閥即保持關(guān)閉，如果過程需求低于壓縮機的最小穩(wěn)定工作范圍C，放空閥將按要求打開。由于空氣流量可以等同于電機的電流，通過當(dāng)前電流與電機允許最小電流F比較，控制系統(tǒng)判斷壓縮機當(dāng)前的工作狀態(tài)。若壓縮空氣的需求過大，當(dāng)電機電流達(dá)到最大值E時控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉避免發(fā)生過載。特殊情況下壓縮機排氣壓力超出壓力帽設(shè)定時，放空閥打開泄壓以保護壓縮機和壓力管道的安全?？諌簷C控制原理見圖2。

圖2 空壓機控制原理示意圖

3.1 空壓機入口導(dǎo)葉控制

在正常運行狀態(tài)下系統(tǒng)接受來自兩個控制回路的控制信號參與入口導(dǎo)葉的控制，即電機過載保護控制回路、壓縮機組出口壓力恒壓控制回路?？刂葡到y(tǒng)選擇兩個控制回路中安全的控制數(shù)據(jù)輸出用于控制壓縮機的入口導(dǎo)葉。

3.2 壓縮機防喘振控制

在正常運行狀態(tài)下系統(tǒng)接受來自兩個控制回路的控制信號參與壓縮機放空閥的控制，即壓縮機防喘振控制回路、壓縮機組出口壓力極限控制回路。控制系統(tǒng)選擇兩個控制回路中安全的控制數(shù)據(jù)輸出用于控制壓縮機的放空閥。放空閥控制功能圖見圖3。

圖3 放空閥控制功能圖

空壓機的防喘振自動調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)放空管上的放空閥來實現(xiàn)的，壓縮機出口壓力、出口流量兩個參數(shù)參與調(diào)節(jié)，對應(yīng)于出口壓力及出口流量構(gòu)成一條喘振曲線，此喘振曲線由壓縮機調(diào)試過程中現(xiàn)場測定的多個喘振點連線得到，在此曲線基礎(chǔ)上下移10%左右得到一條防喘振曲線，并且將該曲線上的點動態(tài)作為調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值，當(dāng)空壓機工作點位于防喘振曲線的上方時，設(shè)定值與測量值的偏差使得放空閥打開，自動調(diào)節(jié)放空閥的開度使測量值穩(wěn)定在防喘振曲線的設(shè)定值。如工作點位于防喘振曲線的下方時，則自動關(guān)閉放空閥。在實際測試中使用電機電流代替壓縮機流量參與控制。壓力帽控制回路在壓縮機出口壓力超出設(shè)定壓力3%時放空閥打開參與壓力調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)選擇二者中安全度較大的數(shù)據(jù)輸出，以保證設(shè)備處于安全運行狀態(tài)。

3.3 壓縮機自動加載/卸載控制

壓縮機的加載過程是入口導(dǎo)葉逐漸打開，放空閥逐漸關(guān)閉的過程，加載完成后放空閥應(yīng)處于完全關(guān)閉的狀態(tài)，入口導(dǎo)葉根據(jù)壓力設(shè)定值等條件進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。在自動加載過程中若導(dǎo)葉的開啟與放空閥的關(guān)閉過程配合不好會出現(xiàn)空壓機的喘振，控制系統(tǒng)檢測到喘振時防喘振控制動作導(dǎo)致空壓機無法實現(xiàn)加載從而不能實現(xiàn)穩(wěn)定運行。通過預(yù)定的壓縮機加載曲線實現(xiàn)壓縮機自動加載，優(yōu)化入口導(dǎo)葉與放空閥控制，跳過壓縮機的固有喘振點，使得壓縮機平穩(wěn)安全地的達(dá)到設(shè)定工作狀態(tài)。在加載過程中壓縮機的防喘振控制、電機超載控制、壓力帽控制始終處于自動狀態(tài)。

壓縮機的卸載過程是放空閥逐漸打開、入口導(dǎo)葉逐漸關(guān)閉的過程，通過預(yù)定的壓縮機卸載曲線實現(xiàn)壓縮機自動卸載，避免卸載過程中壓縮機喘振對設(shè)備安全的影響，完成壓縮機輕載停車的準(zhǔn)備工作。

3.4 連鎖保護系統(tǒng)特點

1）聯(lián)鎖控制完全由控制站PLC S7300及現(xiàn)場控制單元完成，遠(yuǎn)程設(shè)備及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊故障時不影響設(shè)備的正常運行和聯(lián)鎖保護的有效性。2）該聯(lián)鎖保護控制采用負(fù)邏輯控制，確保控制器、控制系統(tǒng)、供電電源必須工作在正常狀態(tài)，任何異常都會被及時檢測并發(fā)出停車信號，確保設(shè)備運行安全。3）在正常的壓力控制中設(shè)置壓力極限控制，防止因壓力超壓造成的設(shè)備及壓力管道事故。4）可設(shè)置全面的工藝聯(lián)鎖保護條件有：電源故障、繼電器故障、控制器故障、電機軸瓦溫度、電機繞組溫度、壓縮機軸振動、末級排氣溫度、密封氣壓力、潤滑油溫度和油箱液位等，有效保證壓縮機的設(shè)備安全。

4 結(jié)語

濟鋼鮑德氣體公司焦化空壓機站FS-ELLIOTT 1600DA3大型空壓機無人職守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)自2010年5月投入運行以來，滿足了壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)生產(chǎn)的需求，有效提高了壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)急調(diào)度能力，實現(xiàn)了無人值守，改善了操作環(huán)境，方便了生產(chǎn)調(diào)度及統(tǒng)計分析，提高了能源計量和管理水平。