PLC在焦?fàn)t氣甲醇廠氣體壓縮機(jī)組自動控制系統(tǒng)上的應(yīng)用

曹宏偉

摘要：在焦?fàn)t氣制甲醇過程中，氣體壓縮機(jī)組是工藝系統(tǒng)的重要組成部分，它擔(dān)負(fù)著輸送焦?fàn)t氣、氧氣空氣等氣體并將其壓力提高到一定水平的功能，在焦?fàn)t氣甲醇廠中應(yīng)用廣泛。應(yīng)用PLC技術(shù)，對氣體壓縮機(jī)組的聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行編程控制，可以有效地提高機(jī)組運行的安全性和可靠性。文章針對PLC技術(shù)在氣體壓縮機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：PLC；焦?fàn)t氣甲醇廠；氣體壓縮機(jī)組；聯(lián)鎖系統(tǒng)；自動控制系統(tǒng)；編程控制 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ051 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

常見的壓縮機(jī)組按照結(jié)構(gòu)不同可以分為往復(fù)式壓縮機(jī)、軸流壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮、噴射式壓縮機(jī)以及螺桿壓縮機(jī)。其中工業(yè)應(yīng)用中以往復(fù)式即活塞式壓縮機(jī)最為常見，在焦?fàn)t氣制甲醇生產(chǎn)中多以離心式壓縮機(jī)為主。應(yīng)用PLC技術(shù)對壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行編程控制時，需針對壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)以及防喘振系統(tǒng)著重進(jìn)行。

1 離心式壓縮機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)

離心式二合一壓縮機(jī)在焦?fàn)t氣制甲醇生產(chǎn)過程中，對于合成氣和循環(huán)氣的壓縮以及運輸具有重要作用，是重要生產(chǎn)設(shè)備。二合一壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)速高，由汽輪機(jī)拖動系統(tǒng)、透平系統(tǒng)、壓縮機(jī)系統(tǒng)以及過程工藝控制系統(tǒng)等組成。該設(shè)備的穩(wěn)定可靠運行對于甲醇廠的正常生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用，在生產(chǎn)中要保證二合一壓縮機(jī)組的無故障、連續(xù)平穩(wěn)運行。壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)系統(tǒng)以及開車系統(tǒng)在整個系統(tǒng)的設(shè)計中占據(jù)重要地位，且壓縮機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)鎖點多，啟停復(fù)雜，快速啟動的響應(yīng)能力較差，因此，應(yīng)用PLC技術(shù)對聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計具有重要意義。應(yīng)用PLC技術(shù)對壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計，能夠順利實現(xiàn)順序聯(lián)鎖以及計時計數(shù)等邏輯功能，具有很高的可靠性以及靈活性，可以在生產(chǎn)中滿足壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。圖1為壓縮機(jī)組的PLC控制系統(tǒng)示意圖：

圖1 壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)PLC邏輯示意圖

由圖1可以看出，壓縮機(jī)組布置壓力（P）傳感器、溫度（T）傳感器、流量（Qv）傳感器、振動（m/s2）傳感器、速度（V）傳感器以及液位（H）傳感器。傳感器通過I/O（輸入輸出）模塊，進(jìn)行接收采集壓縮機(jī)組的模擬信號，并將之轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳遞給PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)。由PLC系統(tǒng)對數(shù)字信號進(jìn)行分析并加以判斷，產(chǎn)生機(jī)構(gòu)動作指令，通過網(wǎng)絡(luò)將動作指令傳遞給調(diào)速系統(tǒng)從而產(chǎn)生動作，對壓縮機(jī)動作機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。如果傳入PLC的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算和邏輯分析后，并不需要對聯(lián)鎖停車或者開車動作做出指令，則調(diào)速機(jī)構(gòu)不動作。目前，在甲醇廠二合一壓縮機(jī)PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，多采用冗余系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。冗余系統(tǒng)分為雙重冗余系統(tǒng)以及多重冗余系統(tǒng)，采用冗余系統(tǒng)的主要目的是降低由于PLC系統(tǒng)CPU等部件發(fā)生問題后導(dǎo)致系統(tǒng)停運的可能性。當(dāng)系統(tǒng)主CPU出現(xiàn)問題后，輔助CPU可以從熱備狀態(tài)直接切入正常使用狀態(tài)，而不產(chǎn)生擾動。

PLC聯(lián)鎖控制系統(tǒng)是壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的主要組成部分，涉及到的主要硬件包括以下三種：（1）網(wǎng)絡(luò)主線相關(guān)設(shè)備：大功率交換機(jī)（此類交換機(jī)多采用赫斯曼RS20系列交換機(jī)，如RS20-0800、RS20-2400交換機(jī)）、局域網(wǎng)用多模光纖、網(wǎng)絡(luò)光纖終端盒等；（2）子網(wǎng)設(shè)備：S908RIO總線光纖中繼器（型號為施耐德490NRP5400）、遠(yuǎn)程輸入/輸出電纜分離（分支）器、局域網(wǎng)多模光纖等；（3）CPU型號：140CPU 67160。此外，該系統(tǒng)還設(shè)計有輔助工作臺，其主要作用是當(dāng)PLC控制電路出現(xiàn)誤動作時，用于緊急停車等。

2 聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的組成

壓縮機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)主要分為兩大部分：其一為氣路系統(tǒng)，其二為油路系統(tǒng)。

2.1 氣路系統(tǒng)

壓縮機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的氣路控制系統(tǒng)主要由主參數(shù)測量系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)動作保護(hù)系統(tǒng)以及氣路防喘振控制系統(tǒng)。

2.1.1 主參數(shù)測量系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要測量進(jìn)入壓縮機(jī)的焦?fàn)t氣主要參數(shù)，包括氣體入口溫度、壓力、流量，氣體出口的溫度、壓力報警點測量值，利用取得的參數(shù)，對壓縮機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行判定，使壓縮機(jī)組能夠更加良好的運行。

2.1.2 機(jī)構(gòu)動作保護(hù)裝置：該裝置主要完成三方面任務(wù)，壓縮機(jī)開車必備條件判定，壓縮機(jī)正常停車必備條件判定以及故障及臨時停車必備條件判定等，即完成PLC系統(tǒng)邏輯關(guān)系計算與判定。（1）開車必備條件：主要對壓縮機(jī)潤滑油壓機(jī)冷卻水壓、潤滑油溫進(jìn)行判定，當(dāng)離心壓縮機(jī)潤滑油壓及冷卻水壓均高于0.2MPa，同時油溫高于27℃，且壓縮機(jī)上定子加熱器關(guān)停狀態(tài)，防喘振調(diào)節(jié)閥全部打開，汽機(jī)速關(guān)閥全開，一級密封氣處于全關(guān)狀態(tài)時，此時開機(jī)運行。防喘振調(diào)節(jié)閥在機(jī)組運行過程中自動調(diào)節(jié)，此時聯(lián)鎖報警自動啟動，凝結(jié)水備用泵開始進(jìn)入投用狀態(tài)，潤滑油泵啟用。以上動作完成后，系統(tǒng)控制室啟動指示燈點亮；（2）正常停車條件：當(dāng)壓縮機(jī)組工作完畢或出現(xiàn)異常工況時，機(jī)組接收停機(jī)命令，開始停機(jī)動作。正常停車順序為解除負(fù)荷使機(jī)組空載，供氣停止，機(jī)組內(nèi)氣體放空，最后關(guān)電停車；（3）故障性停車：該種停車即動用聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，故稱聯(lián)鎖停車。當(dāng)機(jī)組故障時，向PLC系統(tǒng)發(fā)出故障信號，系統(tǒng)向調(diào)速機(jī)構(gòu)發(fā)出聯(lián)鎖停車動作信號，當(dāng)停車信號未經(jīng)復(fù)位時，機(jī)組將始終處于停機(jī)狀態(tài)。

2.1.3 防喘振控制系統(tǒng)。喘振是指當(dāng)壓縮機(jī)負(fù)荷過低時，氣體輸送量變化較大，時大時小，導(dǎo)致強(qiáng)烈的震蕩現(xiàn)象。為此，防喘振系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)控制機(jī)組進(jìn)氣量始終維持在喘振氣量之上，避免喘振現(xiàn)象發(fā)生，對機(jī)組產(chǎn)生破壞性影響。

2.2 油路系統(tǒng)

2.2.1 潤滑油系統(tǒng)：該系統(tǒng)向機(jī)組正常運行提供潤滑油，防止干燒及振動現(xiàn)象。該系統(tǒng)主要包括油箱、潤滑油泵、各種閥門以及油位、油溫測量儀器等。當(dāng)機(jī)組啟動、停車或者連鎖停車時，該系統(tǒng)向PLC系統(tǒng)發(fā)出信號。

2.2.2 高位油箱：該高位油箱在除氧層布置，為備用油源，主要解決機(jī)組停機(jī)后各油泵無法正常進(jìn)入工作狀態(tài)時的潤滑工作或者當(dāng)系統(tǒng)主油箱缺油或發(fā)生漏油時，由PLC發(fā)送來的動作信號進(jìn)行動作，進(jìn)而對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)油。

2.2.3 閥門系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要應(yīng)用與離心壓縮機(jī)透平的油壓控制，對過大的油泵出口壓力進(jìn)行PID反饋調(diào)節(jié)，使之恢復(fù)正常水平，保證機(jī)組正常高效運行。

2.2.4 檢測系統(tǒng)：主要用于采集機(jī)組各種參數(shù)信息，并向PLC發(fā)送數(shù)字參量；同時還有顯示設(shè)備，用于觀察和警報。油泵壓力主要利用壓力表進(jìn)行檢測，油溫的檢測采用壓力傳感器，油箱液位的檢測采用液位計進(jìn)行檢測，當(dāng)各參量超出正常值的范圍時，將會向PLC發(fā)送故障信號，進(jìn)行報警。

3 壓縮機(jī)組PLC系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

通過上述討論，壓縮機(jī)組中PLC系統(tǒng)的主要由交換機(jī)等設(shè)備組成，主要的編程控制部分包括機(jī)組啟?？刂颇K、主油泵、輔助油泵啟停控制模塊、空壓機(jī)負(fù)荷控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、參量采集模塊、故障停車模塊等組成。目前工業(yè)上常用的較為先進(jìn)，運行可靠的PLC系統(tǒng)提供商有德國西門子公司的S7-200、S7-300、S7-400等型號，日本三菱公司的FX系列，羅克韋爾公司的AB系列高性能、高可靠性PLC系統(tǒng)以及施耐德公司。PLC系統(tǒng)的發(fā)展方向可從以下三個方面來看：（1）更加友好的人機(jī)界面。以焦化廠壓縮機(jī)組PLC控制系統(tǒng)為例，如今的人機(jī)交互界面相比于最開始應(yīng)用PLC系統(tǒng)時有了很大的改觀，有更加友好的人機(jī)對話界面以及更加廣闊的平臺，為用戶拓展系統(tǒng)應(yīng)用，降低其運行和維護(hù)成本具有重要作用；（2）通訊能力加強(qiáng)。典型的代表是與之前相比，壓縮機(jī)組PLC控制系統(tǒng)有了更多的物理接口，能夠與多種設(shè)備共享數(shù)據(jù)，同時網(wǎng)絡(luò)傳輸能力大大加強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由簡單向復(fù)雜化發(fā)展，更加廣泛地應(yīng)用了現(xiàn)場總線（FieldBus）技術(shù)以及以太網(wǎng)技術(shù)；（3）標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。PLC系統(tǒng)生產(chǎn)商數(shù)量巨大，為PLC系統(tǒng)生產(chǎn)商制定標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)圖譜，有利于用戶降低系統(tǒng)維護(hù)成本，同時增強(qiáng)了系統(tǒng)的開放性以及相互之間的操作性，為用戶大開方便之門。

4 結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于焦?fàn)t氣甲醇廠，對于提高焦化廠自動化作業(yè)水平，降低人工投入具有重要作用。PLC系統(tǒng)在合成氣和循環(huán)氣二合一壓縮機(jī)組自動控制、聯(lián)鎖停機(jī)及防喘振系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了機(jī)組運行的可靠性和安全性，對于故障反應(yīng)快速，能夠有效避免機(jī)組故障帶來的更大的經(jīng)濟(jì)損失。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）