基于PLC在LNG调峰站上压缩机控制系统中的应用.pdf

制 技 术 文章编号 1 0 0 6 2 9 7 1 2 0 1 2 0 5 0 0 3 4 0 3 基于P L C 在L N G 调峰站上压缩机控制系统中的应用 张婉悦 ，高峰，阚玉兰，赵桂玲，匡中华，刘洋 沈阳鼓风机集团股份有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 8 6 9 摘要主要从压缩机的监控入手，采用P L C 在L N G 调峰站压缩机进行控制，取代传统的继电器控制手段 ，以此获取更高 的经济效益和安 全性 能。 关 键词 可编程控 制器 ；L N G ／ Y 缩机控制 系统 中图分类号 T H 4 5 文献标志码B Ap p l i c a t i o n o f P LC i n LNG P e a k- S h a v i n g S t a t i o n Co mp r e s s o r Co n t r o l S y s t e m Z HANG W a n y u e； GA0 F e n g， KAN Yu l a n， Z HAO Gu i l i n g， KUANG Z h o n g h u a ， L I U Ya n g S h e n y a n g B l o w e r Wo r k s G r o u p C o r p o r a t i o n ， S h e n y a n g 1 1 0 8 6 9， C h i n a Ab s t r a c t F r o m t h e p o i n t o f t h e mo n i t o r i n g o f c o mp r e s s o r P L C i s u s e d t O c o n t r o l t h e L NG p e a k -s h a v i n g s t a t i o n c o mp r e s s o r a n d r e p l a c e s t h e t r a d i t i o n a l r e l a y c o n t r o l me a n s t o o b t a i n h i g h e r e c o n o mi c b e n e fi t a n d s a f e t y p e r f o r ma n c e ． Ke y wor d sPLC； LNG c o mp r e s s o r c o n t r o l s y s t em 1 引言 可编程控制器 P L C 是一种新型的通用控制 装置，它将传统的继电器控制技术 、计算机控制 技术和通讯技术融为一体 ，专为工业控制而设计， 具有功能强 、通用灵活、可靠性强、环境适应性 好、编程简单 、使用方便、体积小、重量轻 、功 耗低等一 系列优点 。近年来 ，随着可编程控制 器 的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用 P L C控 制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的 经济效益。 2 项目来源 河南绿地新能源 L N G调峰站项 目利用河南境 内的中石油中沧天然气管道反向输气给河南绿地 新能源燃气有限公司 ，采用分子筛脱水脱苯 、专 用吸附剂脱汞、低温脱重烃等工艺技术将天然气 中所含杂质脱除至设计指标 ，以避免水、汞、苯、 重烃等杂质对工艺运行及设备的不利影响，然后 用混合制冷工艺将天然气在冷箱中液化并送至 收 稿 日期 2 0 1 2 0 6 0 6 3 4 ； 瓣 L N G储罐储存外运。 我公司为该项 目提供 2 D 5 0 6 2 ． 6 5 ／ 4 ．2 3 8 一 B X 型天燃气压缩机 该设备是 L N G调峰站生产重要的固定设备之 一 ，它将 天然气从 O ． 4 2 MP a增压到 3 ． 8 M P a ，影 响其安全生产的要素主要有压缩机的超温 、超压 、 断水 、漏油等因素。 随着 L N G调峰站现代化的发展 ，对压缩机设 备的要求越来越高，建设本质安全型 L N G调峰站 已成为生产建设的核心。L N G调峰站设备不断更 新 ，不断进步 ，可靠性 、易操作性 、可监视性 、 易维护性 等已是最基本 的要 求 。用继 电器组成 的 控制 电路具有 可靠性 差 、不易维 护 、不易 监视 ， 已不能适应 当前 的要求 。现在迫切需要可靠性高 、 易维护 、易操作 、可监视并且价 格不高 的控制 器 来代替继电器组成的电路。 采用可编程控制器 P L C 作为核心控制器 ， 通过检测仪器为 P L C提供控制中所需要的信号参 数对压缩机进行 自动巡回检测控制。进行监控的 主要参数有压缩机高低压缸温度 、润滑油温度 、 电动机温度 、润滑 油温度 、出水 温度 ；高低压缸 2 0 1 2年 0 5 期 总第 2 3 5 期 控 d a n u f 制 a c t ur i n 技 g Pr o c e s s 压力、润滑油压力 ；高／ 低压、中／ 后冷却水断水检 测等参数 。 3 控制功能和控制原理 3 ． 1 保护控制功能 1 电机电流和电压的检测 ； 2 一 、二级缸 、油压 、水压力检测 ； 3 一 、二级排气温度、油温 、电机温度检测 ； 4 电动机的延时启 动。 3 ． 2 保护控制原理 在启动主机之前先将水源电磁阀和放空电磁 ＆ 三 主 电 机 启 动 l l I L 2 0 s e e l 二堡墼垦 垂 堂 二级缸压 力正常 1 滑油 压力正常 止 风包温度 正常 电机轴承温度正 常 压缩机轴承温度正常 ＆ 电机定子温度正常 润滑油温度正常 出水温度正常 主 电机 事故跳闸 高 压电源故障0 l＆ 阀都打开，在冷却水压和流量达到规定值条件下， 可 以进行 压缩机 的空载启动 ，然后延 时 自动关 闭 放空电磁阀 ，压缩机进行正常运行。启动时允许 低油压启动 ，设置一定时间后对油压进行监控 ； 在停机时，按复位按钮放空电磁阀打开，经 3 0 s 延时后切 断主 电源 。实现压缩 机的停机 ，同时关 闭水源 电磁 阀和放 空 电磁 阀。在保护状态 时 ，以 上监控参数有一个在设定范围内发生故障，产生 报警信号 ，同时打开放空电磁阀，压缩机减载运 行，延时 3 0 s 故障不消除自动停机。 1 控制分布图，见图 1 ； ＆ ＆ ＆H 1 投入电磁阀控制 图 1 压缩机控 制分布 图 2 控制通讯原理 ，见图 2 。 现场总线 P R O F I B U S可 以实现数 字和模 拟输 人／ 输出、智能信号装置和过程调节装置与可编程控 制器 P L C和 P c之间的数据传输 ，把 I ／ O通道分散 到实际需要的现场设备附近。P R O F I B U S一方面覆 盖了传感器／ 执行器领域的通信要求；另一方面又具 有单元级领域的所有通信网络通信功能。他支持高 速的循环数据通信，以满足了实时监控的要求。 2 0 1 2 年 0 5期 总第 2 3 5 期 1 压缩机运转 0关闭主电机 ＆ h 放空电磁阀励磁 4 信号采集 s 7 2 0 0为每个本机数字量输入提供脉冲捕捉 功能 ，脉冲捕捉功能允许 P L C捕捉到持续时间很 短的脉冲。而在扫描周期的开始，这些脉冲不是 总能被 C P U读到。当一个输人设置了脉冲捕捉功 能时 ，输人端的状态变化被锁存并一直保持到下 一 个扫描循 环刷新 ，这就确保 了一个持续 时间很 巨 。一 闭 号买 位 信一 机复 馈百 锁 反一 主联 蓥 。 传 图 2系统控 制通讯 图 短的脉冲被捕捉到并保持到 s 7 2 0 0读取输入点 。 本设计需对下列参数进行采集 1 压力信号分别为 1 级缸、2 级缸及储风缸 压力 、润滑油压力 ； 2 温度信号为 1 级缸排气温度、2 级缸进气 温度 、风包 温度 、油温 、电机温度 以及 冷却水 出 口温度 ； 3 电量信号为主电机电流，电源电压； 4 流量检测有高／ 低压端，中／ 后冷。 对 上述参数采集后 ，首先判断有 关参数是 否 异常，然后形成动态数据表格进行实时巡回显示 ， 并存储起来而供以后进行随机查询。 5 结语 该 系 统 主 要 是 以 s 7 2 0 0为 核 心 控 制 器 ， P R O F I B U S作为通讯桥梁 ，通过检测元件为控制其 提供检测信号，以此达到保护控制的目的。 本项 目的完成对于该公司在 L N G调峰站压缩 机控制奠定了基础 ，对其他整个装置控制也起到 了借鉴作用 ，既保证了生产的稳定运行 ，又节省 了资源 ，收到了很好的经济效益和社会效益。同 时，对提高我公司整体控制水平和控制能力有着 积极的作用 。 上 接 第 3 3页 本系统选择参数法作为压缩机热力性能故障 的诊断方法 ，因此其诊断信号的采样位置就要依 据参数法所需的参数来进行选择。诊断压缩机热 力性能故障的方法有排气量异常理论；级间压力、 气量 、温度异常理论 ；排气温度异常理论 3种 ， 分别涉及不同的采样参数。 2 ． 5 ． 3 压 缩机 的机械 性能故 障及 其信号 采样分析 方 法 压 缩机 的机械性能 故障主要表现 为异常 的响 声 、振动及过 热等 。可能 的产生原 因有 转 子不 平衡 ，半速涡动及油膜振荡 、转子不对 中、共振 、 部件松动 、转 子与定子摩擦 、转子结构缺 陷与裂 纹、轴承缺陷等。振声法对于诊断压缩机的机械 性能故障较为有效。振声法就是通过对机器外部 的振动信号、噪声信号的测量分析来监测其内部 的状态变化，并在此基础上诊断故障原因、部位、 程度 、性质和发展趋势的方法。通常情况下故障 都能够反映在振动信号谱图的相应频率分量上 ， 即都有其特殊的故障征兆。这些征兆有 1 ／ 3倍频、 1 ／ 2倍频、工频 、2倍频、3 倍频等 ，因此可以通 过采样不同监测位置的振动信号的方法来进行压 缩机机械性能故障的分析和诊断。振动信号的分 3 6 瓣黜 析方法十分繁多，包括了时域、频域和时一 频域信 号分析方法 ，但实际上都是由为数不多的几种基 本方法 ，如统计分析 、F F I 、 分析及时序建模等方法 经适当的组合变换而来。本项目设计开发了功率 谱分析、相关分析、能量分析、包络谱分析 、数 据回放等常用的压缩机故障诊断分析子模块，利 用振动信号进行状态监测和故障诊断，同时兼有 温度和压力信号的实时监测和越限报警的功能。 3 结语 基于 G P R S的远程监控与故障诊断技术和系统 是 目前国内的研究热点。依托我国无线通讯技术 的迅猛发展和无线网络的覆盖面及普及率 ，国内 的研究与国外 同步 。对大型工程机械 、数控机床 、 油 田以及水 电抄表等单一领域基于 G P R S的远程状 态监控与故障诊 断系统 已有研究 报导 。本研究通 过控制嵌入式数据传输单元 D T U的成本 ，注重监 控诊断与技术服务 平台上面 向用 户 的状态监控 与 故障诊断系统的实用性 ，使压缩机远程监控服务 中心成为企业数 字化管理 、品牌服务 的窗 口，研 究 的应用 推广必将有广 阔的市场前 景和可观 的经 济价值 ，并具有 良好的社会效益 。 2 0 1 2年 0 5期 总第 2 3 5 期