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PLC在氧氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用論文
簡介： 介紹了采用三菱PLC和CC-LINK現(xiàn)場總線實現(xiàn)的氧氣壓縮機(jī)自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)配置和主要控制功能。該系統(tǒng)對過程量的實時控制和開關(guān)量的聯(lián)鎖控制都有較為理想的實現(xiàn)。
1 引言
萊鋼8#氧氣壓縮機(jī)是12000m3/h空分裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是將氣態(tài)氧產(chǎn)品壓縮成中壓氧,通過管道輸送到用戶。8#氧氣壓縮機(jī)工作正常與否，對萊鋼的生產(chǎn)大局和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。它主要采用三菱MELSEC A1S PLC實現(xiàn)自動控制，控制效果良好，運行穩(wěn)定可靠。
2 工藝簡介
萊鋼8#氧壓機(jī)的工藝流程，純度達(dá)到99.6%以上的氧氣，經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV 3922和入口截止閥PV 1501進(jìn)入壓縮機(jī)，進(jìn)行第一級、第二級、第三級壓縮，每級壓縮后經(jīng)過一次冷卻;一級壓縮后氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV1 1510形成一級回流，三級壓縮后氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV3 1510形成三級回流;氣體回流引起入口壓力PI 3922升高、流量FI 3920降低，由調(diào)節(jié)閥FCV1 3920和FCV2 3920進(jìn)行機(jī)前放空，使壓力PI 3922和流量FI 3920保持在設(shè)定點附近;從氧壓機(jī)出來的氧氣經(jīng)截止閥PV 1537通過管道輸送到用戶，或根據(jù)實際生產(chǎn)需要通過截止閥PV 1536放空。為確保安全，每一級壓縮排氣側(cè)分別裝有安全閥，超壓時緊急排放部分氣體，以降低壓縮氣體壓力。
3 系統(tǒng)配置
萊鋼8#氧壓機(jī)自動控制系統(tǒng)主要采用三菱MELSEC A1S PLC和CC-LINK現(xiàn)場總線實現(xiàn)。系統(tǒng)配置如圖2所示，配置有1塊CPU主基板(A1S38B)和1塊擴(kuò)展基板(A1S55B-S1)，共有1塊電源模板(A1S62P)、1塊CPU模板(A1SCPU)、4塊數(shù)字輸入模板(A1SX80)、3塊數(shù)字輸出模板(A1SY80)、3塊模擬輸入模板(A1S64AD)、1塊模擬輸出模板(A1S62DA)、2塊PT100多路轉(zhuǎn)換變送器(PT-62)，1個操作員面板通過CC-LINK現(xiàn)場總線與PLC控制器相連。系統(tǒng)共有數(shù)字量輸入信號63 點、數(shù)字量輸出信號43點、模擬量輸入信號9點、模擬量輸出信號2點、RTD信號18點。
4 主要控制功能
氧壓機(jī)控制功能主要包括防喘振控制、壓縮機(jī)啟/停聯(lián)鎖控制、輔助設(shè)備的啟/停聯(lián)鎖控制，以及重要工藝參數(shù)的實時顯示、報警等。
4.1防喘振控制
壓縮機(jī)出口流量與壓力不匹配，即流量低或壓力高時，會造成壓縮機(jī)喘振。該氧壓機(jī)防喘振控制包括入口壓力調(diào)節(jié)、入口流量調(diào)節(jié)、一級回流調(diào)節(jié)和三級回流調(diào)節(jié)。
(1) 入口壓力調(diào)節(jié)
入口壓力采取常規(guī)PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器為PIC 3922，由入口壓力調(diào)節(jié)閥PCV 3922完成。
(2) 入口流量調(diào)節(jié)
入口流量采取分段調(diào)節(jié)，由機(jī)前主放空調(diào)節(jié)閥FCV1 3920和旁路放空調(diào)節(jié)閥FCV2 3920完成。
調(diào)節(jié)參數(shù)為氧壓機(jī)機(jī)前流量，測量值有溫壓補(bǔ)償。當(dāng)PID調(diào)節(jié)器FIC 3920的輸出在0-10%之間時，旁路放空調(diào)節(jié)閥FCV2 3920起作用，對應(yīng)開度為0-100%，主放空調(diào)節(jié)閥FCV1 3920處于全關(guān)狀態(tài);當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出在10%-100%之間時，主放空調(diào)節(jié)閥FCV1 3920開始起作用，對應(yīng)開度為0-100%，旁路放空調(diào)節(jié)閥FCV2 3920處于全開狀態(tài)。
(3) 回流調(diào)節(jié)
回流調(diào)節(jié)采取分段調(diào)節(jié)，由一級回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510和三級回流調(diào)節(jié)閥PCV3 1510完成。
調(diào)節(jié)參數(shù)為氧壓機(jī)機(jī)前流量和管網(wǎng)壓力，二者分別進(jìn)行PID運算。當(dāng)管網(wǎng)壓力正常時，機(jī)前流量調(diào)節(jié)器FIC 3921的輸出作為回路輸出;當(dāng)管網(wǎng)壓力超過某一值時，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)器PIC 1510的輸出作為回路輸出;當(dāng)氧壓機(jī)卸載時，回路輸出選擇一個時變函數(shù)，時變函數(shù)為50%+(t/240)×50%(其中t為時間變量)，即在240s內(nèi)，回路輸出由50%逐漸增大到100%。當(dāng)回路輸出在0-50%之間時，一級回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510起作用，對應(yīng)開度為0-100%，三級回流調(diào)節(jié)閥PCV3 1510處于全關(guān)狀態(tài);當(dāng)回路輸出在50%-100%之間時，三級回流調(diào)節(jié)閥PCV3 1510開始起作用，對應(yīng)開度為0-100%，一級回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510處于全開狀態(tài)。
漸變選擇器能根據(jù)一定條件選擇不同的輸入，從一種輸入切換到另一種輸入的過程是按指數(shù)規(guī)律漸變的，需要經(jīng)過5倍時間常數(shù)的時間，時間常數(shù)可由編程人員設(shè)定。
漸變選擇器1和3的切換條件是管網(wǎng)壓力超過某一設(shè)定值;漸變選擇器2的切換條件是氧壓機(jī)卸載(通過截止閥PV1536放空)�；芈份敵龇祷氐綕u變選擇器1的目的是實現(xiàn)無擾動切換。
4.2 壓縮機(jī)啟/停聯(lián)鎖控制
(1) 壓縮機(jī)啟動
壓縮機(jī)啟動前，系統(tǒng)應(yīng)具備以下條件:
�、� 冷卻水管已打開;
�、� 壓縮機(jī)進(jìn)氣管和排氣管上的手動閥已打開;
�、� 將排放壓力調(diào)節(jié)器PIC 1510置于自動，設(shè)定點2900 kPa;
�、� 將入口流量調(diào)節(jié)器FIC 3920置于自動,FIC 3921置于手動，且0%的輸出信號，打開回流調(diào)節(jié)閥PCV1 1510和PCV3 1510;
�、� 將入口壓力調(diào)節(jié)器PIC 3922置于自動，設(shè)定點40 kPa，進(jìn)氣壓力調(diào)節(jié)閥PCV 3922 打開。
當(dāng)上述條件和供電等外圍條件都滿足時，在現(xiàn)場控制盤上按下用“壓縮機(jī)啟動”按鈕啟動氧壓機(jī)，入口截止閥PV 1501自動打開，在主控室DCS操作畫面上增加調(diào)節(jié)器FIC 3921的輸出信號，從而使回流閥關(guān)閉。
如果外供用戶量小于裝置氧產(chǎn)量，機(jī)前放空閥自動保持打開。將調(diào)節(jié)器FIC 3921置于自動，設(shè)定點150-200m3/h，高于調(diào)節(jié)器FIC 3920的設(shè)定點。
(2) 壓縮機(jī)停止
正常停止:
在壓縮機(jī)正常運行情況下，有就地停止和遠(yuǎn)程停止兩種方式。就地停止方式下，按下現(xiàn)場控制盤上的“壓縮機(jī)停止”按鈕，壓縮機(jī)即停止;遠(yuǎn)程停止方式下，在主控室DCS操作畫面上按下“COMPRESSER SHUT DOWN”按鈕，壓縮機(jī)即停止;無論采用哪種停止方式，在壓縮機(jī)停止的同時，入口閥PV 1501都自動關(guān)閉。
故障停止:
當(dāng)啟動主電機(jī)時，如果系統(tǒng)在5/s內(nèi)收不到“主電機(jī)運行反饋”信號，系統(tǒng)會自動停止壓縮機(jī)的啟動過程。在壓縮機(jī)正常運行期間，發(fā)生電機(jī)保護(hù)開關(guān)失靈、嚴(yán)重喘振等故障，壓縮機(jī)將自動停止運行，并且所有的系統(tǒng)設(shè)備將處于停止?fàn)顟B(tài)。
4.3 輔助設(shè)備的控制
氧壓機(jī)輔助系統(tǒng)主要有冷卻水系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)都是手動操作;潤滑油系統(tǒng)一般總處于自動狀態(tài)，當(dāng)油壓低于一定壓力時，輔油泵自動運行;當(dāng)油壓高于某一值時，則油泵自動停止。潤滑油還帶有加熱器，當(dāng)油溫低于某一值時，油加熱器自動投入;當(dāng)油溫超過某一值時，油加熱器自動斷開。
4.4 操作員面板的功能
操作員面板通過先進(jìn)的CC-LINK現(xiàn)場總線與控制器相連，實時采集并顯示重要的工藝參數(shù)、故障狀態(tài)、報警信息，調(diào)整重要的PID參數(shù)，啟/停主電機(jī)及輔助設(shè)備等，實現(xiàn)機(jī)組的安全可靠最優(yōu)控制。
5 結(jié)束語
由于充分利用了PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點，該系統(tǒng)對過程量的實時控制和開關(guān)量的聯(lián)鎖控制都有明顯效果。
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