制氧机单体设备PLC控制系统的优化设计与实现.pdf

第 3 期 总第 1 7 2期 2 0 1 2年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL E NGI NEERI NGAUTOMATI ON N o． 3 J U F I ． 文章 编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 2 0 4 0 2 0 2 0 2 制氧机单体设备 P L C控制系统的优化设计与实现 陈春桥 ，李彦芹 ，肖有 洋 山东莱钢集 团 自动化部 ，山东 莱芜2 7 1 1 0 4 摘 要 主要介 绍了 2 2 0 0 0 m。 ／ h制氧机单体设 备优化设计 的方案 、内容 、控 制功能 、系统配 置、硬件结构 、 软件实施及优化后的效 果等。 关键词 单体设备；控 制系统 ；P L C 中图分类号 TP 2 7 3 文献标识码 B 1 概 述 莱钢 2 2 0 0 0 m。 ／ h制 氧机单体设备 P L C控制系 统所使用的 AI 、 AO、 D I 、 DO模块均为图尔克设备， 在 使 用过程 中， 发现存 在 抗 干扰 能 力 差 等缺 点 空 压机 、 氮压机主厂房紧挨 1 l O k V变 电站 ， 可能存在强谐波 干扰 。具体表现为 ①多处温度测点 出现较大幅度波 动， 且波动时间较长 ， 并成对 出现； ②该模板受环境和 雷 击影 响较 大 ， 出现过 雷雨天 模板损 坏情 况 ， 导致 多次 停车 ； ③由于空压机和氮压机的控制和检测都 由一套 控 制 器完成 ， 一旦 控制 器 出现 故 障 ， 空压 机和氮 压机会 同时受到影响， 也给维护工作带来了极大的困难 。在 紧张的热线生产形势下 ， 为避免再次温度突变以及受 雷击导致模块故障而引起停车进而影响生产大局， 故 对 其 进行 升级 改造 。 2技术 线路 我们主要从硬件和软件两个方面对 系统进行了改 造 ①硬件方面 将一套控制系统改成 4套独立的控制 系统， 同时将原有的图尔克分布式 I ／ 0模块更换成西 门子 E T 2 0 0 M 模块 ， 对柜内电源 、 交换机等设备进行 换型； ②软件方面 对硬件重新进行组态 ， 重新分配程 序 中的地址 和编制 控制 程序 ， 在 原 来 的基 础 上 优化 控 制 功 能 ， 采用 P r o f i b u s 现场 总 线 和工 业 以太 网相 结合 的方法 ， 实现对空压机 、 低压氮压机 、 中压氮压机各工 艺参数的采集和记录 、 联锁控制、 防喘振控制等； 基 于 Wi n C C界面的人机对话系统 ， 实现了来 自现场数据的 报警、 记录、 存储 、 打印和信息发布功能， 能够完整地监 控所有单体设备的运行情况。通过该项 目的实施 ， 确 保 了空压机 、 氮压机 的稳定顺 行 。 3系统硬件 配置 2 2 0 0 0 m。 ／ h制氧机单 体设备采用西 门子 s 7 4 0 0系列 ， 下挂 E T 2 0 0 M 远程 I ／ 0， 为增强其控制的灵 活性 ， 空压机、 氮压机分别由各 自的 C P U控制 。在主 控制 室设 3台戴 尔商用机， 其操作 平 台为 Wi n d o w s X P操 作 系统 ， 实 现 了对 空 压机 、 氮 压 机 的上 位 机操 作 和控 制 ， 监 控整个 系统 的 生产 情况 。空压 机 和 氮压 机 硬 件配 置示意 图如 图 1 所示 。 交 换 光 纤收 发 光 光纤收 发 图 1 空 压 机 和 氮 压 机硬 件 配置 示 慝 图 4主要 控制功 能 的实现 4 ． 1 空压机 的防 喘控 制 当压缩机 达到最 小流 量时 ， 叶 轮 中的气流将 失速 ， 即“ 喘振” 。喘振是一种周期性的、 有声音的、 对压缩机 机械元件造成严重应力的现象。因此 ， 压缩机必须具 有防止喘振的保护功能， 禁止在喘振条件下运行。如 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 3 - 0 5 ；修回 日期2 0 1 2 0 3 1 1 作者简介 陈春桥 1 9 8 1 一 ，男 ，吉林 松原人 ，助理工程师 ，本科 ，主要从 事 自动化 系统的应用与开发工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年 第 4期 陈春桥 ． 等 制氧机单体设备 P L C控制 系统 的优化设计与 实现 2 0 3 果流 经压 缩机 的流 量太 小 ， 或 者 流 量 小 而 压缩 机 出 口 压力太高 ， 则压缩机轴承所承受的应力会变大 ， 从而造 成对设备的损坏， 甚至发生重大事故。 4 ． 1 ． 1 空压机 “ 变 流量设 定点 ” 防 喘控制 为了使压缩机能够在稳定的运行范围内持续地运 行 ， 笔者设计了喘振控制系统和喘振保护系统 ， 即通过 对流量控制器的过程值和设定值进行 比较来控制放空 阀的开度 。当过程值大于设定点时， 导致控制器的输 出信号减小 ， 此时关 闭放空 阀； 当过程值小 于设 定点 时 ， 导致输 出信号增大， 此时打开放空阀。放空阀的最 终开度由流量控制器的输 出值和限压控制器的输出值 进行高选后控制， 通过调节放空 阀的开度来达到防喘 的 目的 。 4 ． 1 ． 2 空压 机 限压防 喘控 制 通过对限压控制器 的过程值 控制器的过程值指 空 压机 最后 一级 的 出 口压 力 ， 限 压控 制 器 在 自动位 置 联锁 和设定值进行 比较来控制放空阀的开度 。当过 程值大于设定点时， 打开放空阀； 当过程值小于设定点 时， 关闭放空阀。放空 阀的开度由限压控制器的输 出 值和流量控制器的输出值进行高选后控制， 达到防喘 的 目的 。 4 ． 2增加 空压机 放 空 阀安 全保 护措 施 空压机厂家设计 和现场实际应用 之间存在着差 距 ， 造成空压机放空阀的控制不尽如人意。主要表现 在 当空分工况波动时 ， 空压机放空阀突然打开造成空 压机卸载 ； 当空分超压时， 空压机放空阀不能打开造成 空压机带负荷停车。为此笔者在空压机放空阀的气动 控制回路上新增一电磁阀并 编写 了相应的控制程序 ， 当空压机出口压力高于某一设定值后快速打开空压机 放空阀， 确保空压机不会 因为工况波动而停机。 4 ． 3 空压机 进 口导 叶控 制 方式优 化 进 口导叶原设计 为手 动控制 ， 工 艺操作人 员需 要根 据出口压力随时进行手动调整。如果压力高于设定值而 未被发现， 放空阀就会打开， 造成不必要的浪费。为了使 工艺控制更先进， 便于操作， 对原控制功能进行了改进。 通过增加空气进空分装置流量控制器和空压机 出 口压力控制器相结合的方式实现了空压机一级进 口导 叶的 自动控制 以及二级导叶的随动控制 。 1 通过软件编程实现了空压机一级进 口导叶的 自动控制 ， 并且将空气进空分装置 的流量信号作为空 压机一级导叶的调节参数 ， 有效地降低了空压机放空 阀的打开次数 ， 减少 了空气放散率。 2 增加了空压机二级导 叶的随动控制功能， 保 证 了机组 运行 的稳 定性 和操作 的灵 活性 。 4 ． 4氮压机 的 防喘控制 优化 对氮压机人 口导叶的控制、 回流阀 自动调节的控 制 以及联 锁输 出进行 了改造 。新增 氮 压机 入 口导 叶和 回流阀串级调节控制 ， 在氮气 管网上增加管网压力测 点 ， 并且将人口导叶及 回流阀的压力控制 由三级排气 压力改为由新增的管 网压力直接控制， 从而使氮压机 的控制直接与实际氮气管网压力和流量相关 。由于管 网压力 比三级排气压力相对稳定 ， 从而减少了人 口导 叶及回流阀因为要快速补充和减少氮气补充所带来的 大幅度波动 ， 从而有效地减少 了氮压机喘振的几率 ， 提 高了阀门的控制精度 ， 确保了氮压机排气压力的稳定， 减少了对管网的影响和冲击 。并在此改造基础上新增 加 了氮压机入 口导叶和 回流阀上位机手动操作功能， 为操作人员提供了有效的监控手段 ， 增强了氮压机喘 振保护功能 ， 保证 了氮压机的安全性。 5现 场应 用效 果 系统改造完成后 ， 工作稳定 ， 其安全性和可靠性得 到了提高 ， 机组的产品质量和产量稳定 ， 提高了操作人 员的工作效率， 降低 了劳动强度。该项 目实施后为莱 钢热线生产提供了连续、 优质 的气体产品， 保证了热线 生产的顺利进行 ， 创造了较为可观的经济效益。 参考文献 [- 1 3 张怀勇．西 门子 自动化 系统实 战[ M] ． 北京 人 民邮 电出 版社 ， 2 0 0 7 ． [ 2 3 邱公伟． 可编 程控制 器 网络 通信 及应 用[ M] ． 北京 清 华 大学出版社 ． I 9 9 9 。 Opt i mi z a t i o n De s i g n a nd I mpl e me nt a t i o n o f PLC Co n t r o l S y s t e m f o r Ox y g e n M a ki ng M a c hi n e CHEN Chu n - qi a o，LI Ya n- q i n，XI AO Yo u - y a ng Au t o ma t i on De p a r t me n t ，S h a n d o n g La i g a n g Gr ou p ，La i wu 27 1 1 0 4，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s t h e s c h e me 。c o n t e n t ，f u n c t i o n a n d h a r d wa r e c o f i g u r a t i o n o f a P LC c o n t r o l s y s t e m f o r a n o x y g e n ma k i n g ma c h i n e i n La i g a n g ，a s we l l a s i t s i mp l e me n t i n g e f f e c t s ． Ke y wo r d s i n d i v i d u a l e q u i p me n t ；c o n t r o l s y s t e m；P LC 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m