變工況條件下的迷宮壓縮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉寶龍 袁 偉 紀(jì)燕飛

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司,蘭州 730060)

變工況條件下的迷宮壓縮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉寶龍 袁 偉 紀(jì)燕飛

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司,蘭州 730060)

針對(duì)迷宮壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工況與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致的問題，使用PLC和人機(jī)界面設(shè)計(jì)了一套壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并利用變頻調(diào)速的方法實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量的穩(wěn)定。

迷宮壓縮機(jī) 變頻調(diào)速 PLC MCGS

氣體壓縮機(jī)是石化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，在壓縮機(jī)實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)，生產(chǎn)工藝流程和工藝條件經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些變化，使壓縮機(jī)的運(yùn)行工況和機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)不一致，為了保證壓縮機(jī)在變工況條件下安全運(yùn)行，并且使壓縮機(jī)發(fā)揮最大功效、降低能耗，設(shè)計(jì)開發(fā)一套安全有效的控制系統(tǒng)十分必要。筆者針對(duì)某化工廠二級(jí)壓縮往復(fù)式迷宮壓縮機(jī)進(jìn)行分析介紹。

1 迷宮壓縮機(jī)壓縮工藝簡(jiǎn)介

迷宮壓縮機(jī)具有壓縮無油、無摩擦的特點(diǎn), 可以保證長(zhǎng)周期運(yùn)行, 是聚乙烯、聚丙烯裝置中的關(guān)鍵設(shè)備。原料氣從氣罐進(jìn)入機(jī)組一級(jí)緩沖罐經(jīng)過兩段壓縮后送入下級(jí)工藝，流程如圖1所示。

圖1 迷宮壓縮機(jī)壓縮工藝流程

1.1壓縮工藝條件

正常生產(chǎn)時(shí),壓縮機(jī)入口進(jìn)氣壓力在0.21～0.81MPa(A)之間波動(dòng)，排氣壓力穩(wěn)定在3.1MPa(A),排氣量穩(wěn)定在117m3/h左右。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),自動(dòng)對(duì)入口壓力變化做出反應(yīng)，并具有主機(jī)啟動(dòng)條件檢測(cè)、報(bào)警提示及聯(lián)鎖停機(jī)保護(hù)等功能，保證機(jī)組的正常穩(wěn)定安全運(yùn)行。

1.2排氣量穩(wěn)定控制方案

從工藝要求可以看出，入口壓力是波動(dòng)變化的，而出口壓力和排氣量則是一個(gè)穩(wěn)定值。由于排氣壓力取決于系統(tǒng)背壓，所以系統(tǒng)主要考慮的是排氣量。眾所周知，壓縮機(jī)排氣量是正比于轉(zhuǎn)速的，在相同入口壓力情況下，轉(zhuǎn)速的提高會(huì)導(dǎo)致排氣量的增加，反之，排氣量減少。同時(shí)，壓縮機(jī)的排氣量與入口壓力也有線性關(guān)系，在相同轉(zhuǎn)速情況下，入口壓力的上升會(huì)導(dǎo)致排氣量的增加，反之，排氣量減少。為滿足工藝條件的要求，可以通過合理改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定排氣量的目的。排氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖2所示。

1.3機(jī)組安全控制方案

安全性是機(jī)組運(yùn)行的必備要素。在滿足工藝要求的同時(shí)，系統(tǒng)包含主機(jī)啟動(dòng)條件檢測(cè)、報(bào)警提示及聯(lián)鎖停機(jī)等保護(hù)功能，實(shí)時(shí)采集、分析、處理壓縮機(jī)各級(jí)溫度、壓力及液位等信號(hào)，并對(duì)壓縮機(jī)的某些故障采取相應(yīng)的措施。

2 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1硬件配置

系統(tǒng)硬件采用西門子S7-200系列PLC為主要控制單元，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，保障機(jī)組的安全運(yùn)行，同時(shí)通過Modbus通信協(xié)議將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到中控室。通過EM232模擬量輸出模塊，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)氣量的目的。人機(jī)界面采用昆侖通泰TPC1162Hi，10.4英寸高亮度TFT液晶顯示屏，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并提供在線設(shè)定修改參數(shù)功能。TPC1162Hi與PLC之間使用RS232通信。

圖2 排氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.2軟件設(shè)計(jì)

2.2.1排氣量調(diào)節(jié)算法

入口壓力和轉(zhuǎn)速都與排氣量線性相關(guān)，則可簡(jiǎn)化排氣量公式為：

Q=p1λ′n

可得：

公式計(jì)算與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況會(huì)有誤差，故在算法中引入修正變量x：

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)通過修改x的大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制的修正。

選定電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為980r/min，所以在入口壓力最低值0.21MPa(A)及以下工況時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。由于壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)由軸頭泵提供潤(rùn)滑油壓力，當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低后軸頭泵供油壓力會(huì)降低，影響機(jī)組潤(rùn)滑效果。因此，最低轉(zhuǎn)速設(shè)定為400r/min。

2.2.2程序設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括PLC編程和觸摸屏組態(tài)兩部分。

PLC編程使用西門子Step 7-Micro/WIN編程軟件完成PLC的硬件組態(tài)和邏輯控制功能的編寫，主要對(duì)機(jī)組參數(shù)的模擬量和開關(guān)量進(jìn)行處理，對(duì)外輸出控制信號(hào)。程序編寫采用模塊化方式，將程序分為啟機(jī)檢測(cè)、報(bào)警功能、聯(lián)鎖功能、輸入、輸出及Modbus通信等幾個(gè)子程序，增強(qiáng)程序的可讀性。變工況時(shí)迷宮壓縮機(jī)控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 迷宮壓縮機(jī)控制系統(tǒng)流程

觸摸屏使用昆侖通泰MCGS_嵌入版7.2進(jìn)行組態(tài)，主要組態(tài)工藝流程簡(jiǎn)圖、顯示機(jī)組實(shí)時(shí)參數(shù)、設(shè)定啟機(jī)條件值及聯(lián)鎖報(bào)警值等。

3 結(jié)束語

變工況條件下的迷宮壓縮機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)隨壓縮機(jī)機(jī)組通過用戶現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收并于2015年1月投入使用，該控制系統(tǒng)在保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行的同時(shí)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定壓縮機(jī)排氣量，達(dá)到用戶工藝要求，而且運(yùn)行良好、穩(wěn)定，功能齊備、操作方便。

TQ051.21

A

1000-3932(2016)05-0544-03

2015-08-24