PLC在氧氣壓縮機控制系統中的應用

2 工藝簡介
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萊鋼8#氧壓機的工藝流程，純度達到99.6%以上的氧氣，經調節閥PCV 3922和入口截止閥PV 1501進入壓縮機，進行第一級、第二級、第三級壓縮，每級壓縮后經過一次冷卻;一級壓縮后氣體經調節閥PCV1 1510形成一級迴流，三級壓縮后氣體經調節閥PCV3 1510形成三級迴流;氣體迴流引起入口壓力PI 3922升高、流量FI 3920降低，由調節閥FCV1 3920和FCV2 3920進行機前放空，使壓力PI 3922和流量FI 3920保持在設定點附近;從氧壓機出來的氧氣經截止閥PV 1537通過管道輸送到用戶，或根據實際生產需要通過截止閥PV 1536放空。為確保安全，每一級壓縮排氣側分別裝有安全閥，超壓時緊急排放部分氣體，以降低壓縮氣體壓力。

3 系統配置

萊鋼8#氧壓機自動控制系統主要採用三菱MELSEC A1S PLC和CC-LINK現場匯流排實現。系統配置如圖2所示，配置有1塊CPU主基板（A1S38B）和1塊擴展基板（A1S55B-S1），共有1塊電源模板（A1S62P）、1塊CPU模板（A1SCPU）、4塊數字輸入模板（A1SX80）、3塊數字輸出模板（A1SY80）、3塊模擬輸入模板（A1S64AD）、1塊模擬輸出模板（A1S62DA）、2塊PT100多路轉換變送器（PT-62），1個操作員面板通過CC-LINK現場匯流排與PLC控制器相連。系統共有數字量輸入信號63 點、數字量輸出信號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
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氧壓機控制功能主要包括防喘振控制、壓縮機啟/停聯鎖控制、輔助設備的啟/停聯鎖控制，以及重要工藝參數的實時顯示、報警等。

4.1防喘振控制
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壓縮機出口流量與壓力不匹配，即流量低或壓力高時，會造成壓縮機喘振。該氧壓機防喘振控制包括入口壓力調節、入口流量調節、一級迴流調節和三級迴流調節。

（1）入口壓力調節
入口壓力採取常規PID調節，調節器為PIC 3922，由入口壓力調節閥PCV 3922完成。
（2）入口流量調節
入口流量採取分段調節，由機前主放空調節閥FCV1 3920和旁路放空調節閥FCV2 3920完成。
調節參數為氧壓機機前流量，測量值有溫壓補償。當PID調節器FIC 3920的輸出在0-10%之間時，旁路放空調節閥FCV2 3920起作用，對應開度為0-100%，主放空調節閥FCV1 3920處於全關狀態;當調節器輸出在10%-100%之間時，主放空調節閥FCV1 3920開始起作用，對應開度為0-100%，旁路放空調節閥FCV2 3920處於全開狀態。

（3）迴流調節
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迴流調節採取分段調節，由一級迴流調節閥PCV1 1510和三級迴流調節閥PCV3 1510完成。

調節參數為氧壓機機前流量和管網壓力，二者分別進行PID運算。當管網壓力正常時，機前流量調節器FIC 3921的輸出作為迴路輸出;當管網壓力超過某一值時，管網壓力調節器PIC 1510的輸出作為迴路輸出;當氧壓機卸載時，迴路輸出選擇一個時變函數，時變函數為50%+（t/240）×50%（其中t為時間變數），即在240s內，迴路輸出由50%逐漸增大到100%。當迴路輸出在0-50%之間時，一級迴流調節閥PCV1 1510起作用，對應開度為0-100%，三級迴流調節閥PCV3 1510處於全關狀態;當迴路輸出在50%-100%之間時，三級迴流調節閥PCV3 1510開始起作用，對應開度為0-100%，一級迴流調節閥PCV1 1510處於全開狀態。

漸變選擇器能根據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規律漸變的，需要經過5倍時間常數的時間，時間常數可由編程人員設定。

漸變選擇器1和3的切換條件是管網壓力超過某一設定值;漸變選擇器2的切換條件是氧壓機卸載（通過截止閥PV1536放空）。迴路輸出返回到漸變選擇器1的目的是實現無擾動切換。

4.2 壓縮機啟/停聯鎖控制

（1）壓縮機啟動
壓縮機啟動前，系統應具備以下條件:
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① 冷卻水管已打開;
② 壓縮機進氣管和排氣管上的手動閥已打開;
③ 將排放壓力調節器PIC 1510置於自動，設定點2900 kPa;
④ 將入口流量調節器FIC 3920置於自動,FIC 3921置於手動，且0%的輸出信號，打開迴流調節閥PCV1 1510和PCV3 1510;
⑤ 將入口壓力調節器PIC 3922置於自動，設定點40 kPa，進氣壓力調節閥PCV 3922 打開。

當上述條件和供電等外圍條件都滿足時，在現場控制盤上按下用「壓縮機啟動」按鈕啟動氧壓機，入口截止閥PV 1501自動打開，在主控室DCS操作畫面上增加調節器FIC 3921的輸出信號，從而使迴流閥關閉。

如果外供用戶量小於裝置氧產量，機前放空閥自動保持打開。將調節器FIC 3921置於自動，設定點150-200m3/h，高於調節器FIC 3920的設定點。

（2）壓縮機停止
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正常停止:?
?在壓縮機正常運行情況下，有就地停止和遠程停止兩種方式。就地停止方式下，按下現場控制盤上的「壓縮機停止」按鈕，壓縮機即停止;遠程停止方式下，在主控室DCS操作畫面上按下「COMPRESSER SHUT DOWN」按鈕，壓縮機即停止;無論採用哪種停止方式，在壓縮機停止的同時，入口閥PV 1501都自動關閉。
故障停止:

當啟動主電機時，如果系統在5/s內收不到「主電機運行反饋」信號，系統會自動停止壓縮機的啟動過程。在壓縮機正常運行期間，發生電機保護開關失靈、嚴重喘振等故障，壓縮機將自動停止運行，並且所有的系統設備將處於停止狀態。

4.3 輔助設備的控制

氧壓機輔助系統主要有冷卻水系統和潤滑油系統。冷卻水系統都是手動操作;潤滑油系統一般總處於自動狀態，當油壓低於一定壓力時，輔油泵自動運行;當油壓高於某一值時，則油泵自動停止。潤滑油還帶有加熱器，當油溫低於某一值時，油加熱器自動投入;當油溫超過某一值時，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的CC-LINK現場匯流排與控制器相連，實時採集並顯示重要的工藝參數、故障狀態、報警信息，調整重要的PID參數，啟/停主電機及輔助設備等，實現機組的安全可靠最優控制。

5 結束語

由於充分利用了PLC控制系統的優點，該系統對過程量的實時控制和開關量的聯鎖控制都有明顯效果。