PLC控制在變壓吸附制氫的應(yīng)用研究

井海禎

（內(nèi)蒙古科技大學 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

（包鋼動供總廠 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

1 引言

在流程設(shè)計、流程優(yōu)化和應(yīng)用方面，國內(nèi)發(fā)展的變壓吸附制氫技術(shù)已達到世界領(lǐng)先的水平，然而，在整體水平上的變壓吸附技術(shù)和國外先進水平的吸附機理等理論和建立吸附數(shù)學模型，新的高性能分子篩的發(fā)展，自動化程度還有待發(fā)展和提高。

本研究的目的是提供一個新的制氫設(shè)備的控制系統(tǒng)基于可編程序邏輯控制器PLC控制，這是不同于單片機控制焦爐煤氣工程，自動控制氫的生產(chǎn)氫的生產(chǎn)設(shè)備，氫離子濃度的實時監(jiān)測和顯示，開關(guān)制氫過程根據(jù)氫離子濃度的變化。它能迅速使氫離子濃度高，能獲得更多的氫氣生產(chǎn)，并結(jié)合PLC的特點和編程軟件的功能，在不影響氫生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)運行的前提下，修改制氫工藝參數(shù)。為了改變單片機控制程序的使用，必須停止改變，才能運行新的制氫過程。該控制系統(tǒng)可提高制氫設(shè)備系統(tǒng)的功能，提高氫氣生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和可操作性，提高制氫系統(tǒng)的技術(shù)含量和效率，并安裝設(shè)備系統(tǒng)，調(diào)試和維護提供方便。

2 制氫設(shè)備的組成與工藝流程

2.1 制氫設(shè)備的組成

本工程處理總煤氣量為103000Nm3/h，氣源相干點為新系統(tǒng)氣柜區(qū)東焦爐煤氣頭網(wǎng)絡(luò)，接觸壓力6～6.5kpa。其中，凈化焦爐煤氣量40000Nm3/h，不凈化焦爐煤氣量63000Nm3/h（其中混合系統(tǒng)58000Nm3/h，麥窯用量5000Nm3/h）。

焦爐煤氣采用煤氣為主，第一加壓凈化過程為焦爐煤氣、壓力風機、電焦油捕集器和脫硫過程、脫萘、精脫苯、供CCPP、制氫。

2.2 制氫設(shè)備的工藝流程

壓縮工序由工段3臺三級往復式壓縮機組成（2開 1備）組成。一臺壓縮機滿足一套變壓吸附裝置的要求，一臺作為兩套裝置的備用。氣體氣體壓縮機的氣體凈化過程中，焦爐煤氣，約為0.25mpa(G)在第一級壓縮機的出口，溫度變化吸附預(yù)處理系統(tǒng)由兩個TSA主預(yù)處理組成。經(jīng)過處理，它將返回到壓縮機二級入口，這是預(yù)處理的三級壓縮。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計

焦爐煤氣凈化設(shè)施及制氫共用四套基礎(chǔ)級自動化控制系統(tǒng)。實現(xiàn)焦爐煤氣加壓站(含：D540壓力機6臺，D125壓力機2臺，D22壓縮機7臺)、焦爐煤氣凈化（包括：電捕焦油器，脫萘、脫苯、脫硫）、焦爐煤氣制氫等工藝設(shè)施過程參數(shù)的采集、監(jiān)視與控制?？刂屏鞒虉D如圖1所示。

圖1 控制流程圖

兩套制氫系統(tǒng)各配獨立控制系統(tǒng)，選用冗余DCS控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)CPU與子機架通訊模式為工業(yè)以太網(wǎng)（冗余），兩套系統(tǒng)共用3臺操作站，操作站與控制系統(tǒng)連接模式為工業(yè)以太網(wǎng)。焦爐煤氣加壓及凈化系統(tǒng)設(shè)兩套冗余DCS控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)CPU與子機架通訊模式為工業(yè)以太網(wǎng)（冗余），變頻器通過現(xiàn)場總線及硬線與控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊。

從工作原理的變壓吸附制氫設(shè)備和過程控制要求的控制系統(tǒng)，我們可以知道操作過程控制系統(tǒng)的順序控制，其特點是將該特性與控制方法相結(jié)合，用于系統(tǒng)的氫氣生產(chǎn)過程，控制系統(tǒng)采用順序控制結(jié)構(gòu)。如圖2所示。

圖2 順序控制結(jié)構(gòu)

在壓力吸附設(shè)備的調(diào)試中，通常需要幾次甚至幾十次才能改變每個操作過程的時間，直到最短的周期才能得到最好的產(chǎn)品指標，這就是所謂的合理分配時間。為了實現(xiàn)這個過程，只要程序中相應(yīng)的步驟修改時間，就很方便。另外，如果您需要更換電磁閥接線，改變氣動閥的順序，只需在PLC程序中相應(yīng)的步驟進行一些更改，既安全可靠，操作簡單。為了改變傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的硬線邏輯控制電路的缺陷，電氣技術(shù)實現(xiàn)了“軟布線”，大大降低了工作量，提高了工作效率。

PLC程序控制應(yīng)用于壓力擺動吸附技術(shù)，不需要學習專門的語言和軟件和硬件知識，即使調(diào)試人員不是電氣專業(yè)人員，也能迅速掌握，大大方便調(diào)試工作。使設(shè)備運行穩(wěn)定可靠。在設(shè)備的整個操作過程中，不需要特殊的操作。

4 裝置的調(diào)試方案

由于正常的停車裝置處于正壓封閉狀態(tài)，所以在不更換驅(qū)動過程的情況下，比第一次更容易再次行駛。具體步驟如下：

（1）控制系統(tǒng)和所有的儀器都被激活并投入運行。

（2）逐漸向系統(tǒng)緩慢進料，當吸附塔壓力達到正常工作壓力時，打開吸附塔出口氣體氣閥將不合格的產(chǎn)品氣體進入氣體管網(wǎng)。

（3）相應(yīng)的產(chǎn)品氣體純度滿足要求，同時關(guān)閉相應(yīng)的產(chǎn)品氣體通氣閥，打開區(qū)域閥門的產(chǎn)品氣體。系統(tǒng)運行正常。對應(yīng)的產(chǎn)品氣體發(fā)送下一個程序。

PSA氫凈化工藝在正常運行的操作中非常小，幾乎所有的調(diào)整都是由電腦自動完成的，操作人員只需要注意產(chǎn)品的純度是最好的范圍，而設(shè)備是否有報警就可以了。操作條件的適當控制是決定產(chǎn)品相對產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵?？刂圃硎菍崿F(xiàn)穩(wěn)定、高產(chǎn)量、高質(zhì)量、低消耗、安全生產(chǎn)。

本文的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計了變壓吸附制氫系統(tǒng)的控制功能增加，還提高了穩(wěn)定性、可靠性和可操作性的控制系統(tǒng)，從而提高了控制系統(tǒng)的技術(shù)含量的工業(yè)變壓吸附制氫設(shè)備，也帶來了方便安裝、調(diào)試和維護的設(shè)備系統(tǒng)。

5 結(jié)語

變壓吸附制氫技術(shù)是控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容是設(shè)計的硬件和軟件的基礎(chǔ)上理解PSA制氫的原理，PLC控制技術(shù)方法，學習編程知識和掌握編程軟件，結(jié)合制氫設(shè)備的組成、工作原理和具體運行過程特征。最后，對設(shè)備的調(diào)試和運行實現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制功能和目標。

（1）確定了PSA制氫設(shè)備控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。在分析PSA系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和特點，確定了控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。

（2）PSA制氫設(shè)備自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)氫氣生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)的具體操作過程，對操作過程的控制要求，提出采用可編程序控制器控制技術(shù)，將硬件設(shè)計與自動控制系統(tǒng)運行過程中氫氣生產(chǎn)設(shè)備的功能和特點。

（3）氫工藝參數(shù)在線修復。根據(jù)PLC的功能和特性和應(yīng)用程序功能的編程軟件，氧氣生產(chǎn)的工藝參數(shù)可以修改在網(wǎng)上不停地PSA氫生產(chǎn)設(shè)備的操作系統(tǒng)，所以整個制氫設(shè)備的操作系統(tǒng)不受影響，以及PLC的研究提供變壓吸附制氫。

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