活塞式氧壓機(jī)的自動(dòng)控制

尹丹放 趙征峰 叢龍洋

（開封空分集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，河南 開封 475000）

對(duì)于大部分外壓縮空分設(shè)備，為了氧氣產(chǎn)品能夠達(dá)到用戶需要的壓力等級(jí)，就要配套相應(yīng)的氧氣壓縮機(jī)將氧氣產(chǎn)品增壓輸送，活塞式氧壓機(jī)就是最常用的氧氣壓縮機(jī)之一。

活塞式氧壓機(jī)一般有單級(jí)和多級(jí)，現(xiàn)以開封空分集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的ZW-72/8型立式、二級(jí)二列、雙作用、無潤(rùn)滑活塞式壓縮機(jī)為例介紹其自動(dòng)控制原理。

ZW-72/8型氧壓機(jī)是指壓縮機(jī)吸入氣量為72m3/min，排氣量為4 000m3/h，排氣壓力為0.8MPa（G）。

單臺(tái)活塞式氧壓機(jī)的運(yùn)行既可以采用獨(dú)立的小型PLC（可編程控制器）控制，也可以與空分裝置一起在DCS（集散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制?，F(xiàn)以在DCS系統(tǒng)中控制為例介紹如下：活塞式氧壓機(jī)在遠(yuǎn)傳儀表配置上，一般選用壓力變送器將需要在控制系統(tǒng)中顯示、報(bào)警及參與控制、聯(lián)鎖的壓力點(diǎn)通過4～20mADC電流信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)，其中包括壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力（PIA-1431）、排氣壓力（PIAS-1442）、潤(rùn)滑油壓力（PIAS-1453）、冷卻水上水壓力（PIA-1470）；選用Pt100鉑熱電阻將需要的溫度信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)，其中包括一級(jí)排氣溫度（TIAS-1441）、二級(jí)排氣溫度（TIAS-1442）、曲軸箱內(nèi)潤(rùn)滑油溫度（TIAS-1451）。儀控系統(tǒng)與電控系統(tǒng)之間也有多個(gè)來往的信號(hào)，以便配合起來實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的操作與控制，進(jìn)DCS系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)有3個(gè)DI點(diǎn)：氧壓機(jī)狀態(tài)指示（OC-STU）、輔助油泵狀態(tài)指示（OCLP-STU）、油加熱器狀態(tài)指示（OCEH-STU）；出DCS系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)有6個(gè)DO點(diǎn)：允許啟動(dòng)氧壓機(jī)（OC-EN）、停氧壓機(jī)（OC-STP）、輔助油泵啟動(dòng)（OCLP-STR）、輔助油泵停止（OCLP-STP）、油加熱器啟動(dòng)（OCEH-STR）、油加熱器停止（OCEH-STP）。

以下將具體介紹氧壓機(jī)各部分的控制邏輯，其中壓力均為表壓（G）［1］。

1 壓縮機(jī)主電機(jī)啟動(dòng)條件

氧壓機(jī)電機(jī)啟動(dòng)前，要先做好準(zhǔn)備工作，其中包括啟動(dòng)輔助油泵供油，啟動(dòng)循環(huán)水泵供冷卻水，并檢查以下參數(shù)是否滿足啟動(dòng)條件：

①潤(rùn)滑油壓力≥0.15MPa；

②冷卻水上水壓力≥0.3MPa；

③曲軸箱內(nèi)油溫≥15℃。

如果以上三個(gè)條件同時(shí)滿足，則說明氧壓機(jī)具備啟動(dòng)條件，DCS控制系統(tǒng)會(huì)向電控系統(tǒng)送出一個(gè)允許啟動(dòng)信號(hào)，用以指示當(dāng)前可以啟動(dòng)主電機(jī)。如果其中有任意一個(gè)條件不滿足，則不能啟動(dòng)主電機(jī)。具體邏輯見后續(xù)的邏輯總圖。

2 壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)

氧壓機(jī)在正常運(yùn)行期間，電控系統(tǒng)高壓開關(guān)柜會(huì)送給DCS控制系統(tǒng)主電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，用于在DCS操作站上顯示。如果發(fā)生以下任意一個(gè)條件，將聯(lián)鎖緊急停車，保護(hù)機(jī)器，以防損壞：

①排氣壓力高高≥0.9MPa；

②潤(rùn)滑油壓力低低≤0.10MPa；

③一級(jí)排氣溫度高高≥180℃；

④二級(jí)排氣溫度高高≥180℃；

⑤曲軸箱內(nèi)油溫高高≥70℃。

如果以上任意一個(gè)條件具備，DCS控制系統(tǒng)會(huì)向電控系統(tǒng)送出一個(gè)聯(lián)鎖停機(jī)信號(hào)，用以停止主電機(jī)。具體邏輯見后續(xù)的邏輯總圖。

3 輔助油泵的控制

氧壓機(jī)配置了兩臺(tái)潤(rùn)滑油泵，一臺(tái)主油泵，一臺(tái)輔助油泵，主油泵與氧壓機(jī)電機(jī)主軸連接，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主油泵供油，輔助油泵由單獨(dú)電機(jī)拖動(dòng)。氧壓機(jī)開車前，須先開輔助油泵供油，調(diào)整油壓為0.15～0.25MPa；主電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，當(dāng)油壓≥0.4MPa，自動(dòng)停止輔助油泵，此時(shí)由主油泵供油；當(dāng)油壓≤0.15MPa時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)輔助油泵以提高油壓。主電機(jī)停機(jī)時(shí)要聯(lián)鎖啟動(dòng)輔助油泵供油，因?yàn)橹麟姍C(jī)停止時(shí)主油泵也同時(shí)停止，潤(rùn)滑油壓力瞬時(shí)降低，供油幾乎中斷，但此時(shí)主電機(jī)還在緩沖，壓縮機(jī)主軸溫度還很高，仍需要潤(rùn)滑油降溫，否則有可能會(huì)燒壞軸，所以為了氧壓機(jī)安全起見，主電機(jī)停機(jī)的同時(shí)要啟動(dòng)輔助油泵正常供油，待延續(xù)10min后，自動(dòng)停止輔助油泵。詳細(xì)控制邏輯見后續(xù)的邏輯總圖，其中TON為上升沿延遲模塊，TP為上升沿脈沖模塊，輔助油泵的啟動(dòng)信號(hào)為上升沿脈沖信號(hào)；輔助油泵的停止信號(hào)為下降沿脈沖信號(hào)。

4 油加熱器的控制

油加熱器的控制比較簡(jiǎn)單，當(dāng)曲軸箱內(nèi)油溫＜15℃時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電加熱器；當(dāng)曲軸箱內(nèi)油溫≥30℃時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電加熱器。油加熱器的啟動(dòng)信號(hào)為上升沿脈沖信號(hào)；油加熱器的停止信號(hào)為下降沿脈沖信號(hào)。

圖1為邏輯總圖，包括了以上四部分的控制邏輯。圖中HH表示高高值聯(lián)鎖控制、H表示高值報(bào)警控制、L表示低值報(bào)警控制、LL表示低低值聯(lián)鎖控制；HSH-XX和HSL-XX表示在DCS中做虛擬按鈕，實(shí)現(xiàn)能在DCS操作站上手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止功能；所有DO點(diǎn)需加中間繼電器轉(zhuǎn)換輸出。

圖1

以上即為活塞式氧壓機(jī)的典型控制原理，有的為了保護(hù)主電機(jī)的安全，會(huì)在氧壓機(jī)的聯(lián)鎖停車條件中增加主電機(jī)的前、后軸承溫度高高和電機(jī)定子溫度高高聯(lián)鎖。由以上四部分的控制構(gòu)成了整套氧壓機(jī)的安全控制，提高了活塞式氧壓機(jī)操作的自動(dòng)化水平，很好地保護(hù)了機(jī)器的安全運(yùn)行，為用戶減少損失。

這套控制方案已在多套設(shè)備上使用，是一套十分成熟的方案，該控制方案大部分操作都可以在DCS操作站上實(shí)現(xiàn)，對(duì)一些重要參數(shù)都是可以由程序自行完成，自動(dòng)化水平還是相當(dāng)高的。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，空分各設(shè)備的控制要求也隨著工藝要求不斷改進(jìn)，因此需要我們不斷提高自身的控制理論，確?？辗指髟O(shè)備安全、可靠、平穩(wěn)地運(yùn)行。

［1］胡壽松.自動(dòng)控制原理（第四版）［M］.北京：科學(xué)出版社，2008.