PLC在氧气压缩机控制系统中的应用

介绍了采用三菱PLC和CC-LINK现场总线实现的氧气压缩机自动控制系统的系统配置和主要控制功能。该系统对过程量的实时控制和开关量的联锁控制都有较为理想的实现。

1 引言

莱钢8#氧气压缩机是12000m3/h空分装置的关键设备，其作用是将气态氧产品压缩成中压氧,通过管道输送到用户。8#氧气压缩机工作正常与否，对莱钢的生产大局和经济效益影响很大。它主要采用三菱MELSEC A1S PLC实现自动控制，控制效果良好，运行稳定可靠。

2 工艺简介

莱钢8#氧压机的工艺流程，纯度达到99.6%以上的氧气，经调节阀PCV 3922和入口截止阀PV 1501进入压缩机，进行第一级、第二级、第三级压缩，每级压缩后经过一次冷却;一级压缩后气体经调节阀PCV1 1510形成一级回流，三级压缩后气体经调节阀PCV3 1510形成三级回流;气体回流引起入口压力PI 3922升高、流量FI 3920降低，由调节阀FCV1 3920和FCV2 3920进行机前放空，使压力PI 3922和流量FI 3920保持在设定点附近;从氧压机出来的氧气经截止阀PV 1537通过管道输送到用户，或根据实际生产需要通过截止阀PV 1536放空。为确保安全，每一级压缩排气侧分别装有安全阀，超压时紧急排放部分气体，以降低压缩气体压力。

3 系统配置

莱钢8#氧压机自动控制系统主要采用三菱MELSEC A1S PLC和CC-LINK现场总线实现。系统配置如图2所示，配置有1块CPU主基板（A1S38B）和1块扩展基板（A1S55B-S1），共有1块电源模板（A1S62P）、1块CPU模板（A1SCPU）、4块数字输入模板（A1SX80）、3块数字输出模板（A1SY80）、3块模拟输入模板（A1S64AD）、1块模拟输出模板（A1S62DA）、2块PT100多路转换变送器（PT-62），1个操作员面板通过CC-LINK现场总线与PLC控制器相连。系统共有数字量输入信号63 点、数字量输出信号43点、模拟量输入信号9点、模拟量输出信号2点、RTD信号18点。

4 主要控制功能

氧压机控制功能主要包括防喘振控制、压缩机启/停联锁控制、辅助设备的启/停联锁控制，以及重要工艺参数的实时显示、报警等。

4.1防喘振控制

压缩机出口流量与压力不匹配，即流量低或压力高时，会造成压缩机喘振。该氧压机防喘振控制包括入口压力调节、入口流量调节、一级回流调节和三级回流调节。

（1） 入口压力调节
入口压力采取常规PID调节，调节器为PIC 3922，由入口压力调节阀PCV 3922完成。
（2） 入口流量调节
入口流量采取分段调节，由机前主放空调节阀FCV1 3920和旁路放空调节阀FCV2 3920完成。
调节参数为氧压机机前流量，测量值有温压补偿。当PID调节器FIC 3920的输出在0-10%之间时，旁路放空调节阀FCV2 3920起作用，对应开度为0-100%，主放空调节阀FCV1 3920处于全关状态;当调节器输出在10%-100%之间时，主放空调节阀FCV1 3920开始起作用，对应开度为0-100%，旁路放空调节阀FCV2 3920处于全开状态。

（3） 回流调节

回流调节采取分段调节，由一级回流调节阀PCV1 1510和三级回流调节阀PCV3 1510完成。

调节参数为氧压机机前流量和管网压力，二者分别进行PID运算。当管网压力正常时，机前流量调节器FIC 3921的输出作为回路输出;当管网压力超过某一值时，管网压力调节器PIC 1510的输出作为回路输出;当氧压机卸载时，回路输出选择一个时变函数，时变函数为50%+（t/240）×50%（其中t为时间变量），即在240s内，回路输出由50%逐渐增大到100%。当回路输出在0-50%之间时，一级回流调节阀PCV1 1510起作用，对应开度为0-100%，三级回流调节阀PCV3 1510处于全关状态;当回路输出在50%-100%之间时，三级回流调节阀PCV3 1510开始起作用，对应开度为0-100%，一级回流调节阀PCV1 1510处于全开状态。

渐变选择器能根据一定条件选择不同的输入，从一种输入切换到另一种输入的过程是按指数规律渐变的，需要经过5倍时间常数的时间，时间常数可由编程人员设定。

渐变选择器1和3的切换条件是管网压力超过某一设定值;渐变选择器2的切换条件是氧压机卸载（通过截止阀PV1536放空）。回路输出返回到渐变选择器1的目的是实现无扰动切换。

4.2 压缩机启/停联锁控制

（1） 压缩机启动
压缩机启动前，系统应具备以下条件:
① 冷却水管已打开;
② 压缩机进气管和排气管上的手动阀已打开;
③ 将排放压力调节器PIC 1510置于自动，设定点2900 kPa;
④ 将入口流量调节器FIC 3920置于自动,FIC 3921置于手动，且0%的输出信号，打开回流调节阀PCV1 1510和PCV3 1510;
⑤ 将入口压力调节器PIC 3922置于自动，设定点40 kPa，进气压力调节阀PCV 3922 打开。

当上述条件和供电等外围条件都满足时，在现场控制盘上按下用“压缩机启动”按钮启动氧压机，入口截止阀PV 1501自动打开，在主控室DCS操作画面上增加调节器FIC 3921的输出信号，从而使回流阀关闭。

如果外供用户量小于装置氧产量，机前放空阀自动保持打开。将调节器FIC 3921置于自动，设定点150-200m3/h，高于调节器FIC 3920的设定点。

（2） 压缩机停止

正常停止:
在压缩机正常运行情况下，有就地停止和远程停止两种方式。就地停止方式下，按下现场控制盘上的“压缩机停止”按钮，压缩机即停止;远程停止方式下，在主控室DCS操作画面上按下“COMPRESSER SHUT DOWN”按钮，压缩机即停止;无论采用哪种停止方式，在压缩机停止的同时，入口阀PV 1501都自动关闭。
故障停止:

当启动主电机时，如果系统在5/s内收不到“主电机运行反馈”信号，系统会自动停止压缩机的启动过程。在压缩机正常运行期间，发生电机保护开关失灵、严重喘振等故障，压缩机将自动停止运行，并且所有的系统设备将处于停止状态。

4.3 辅助设备的控制

氧压机辅助系统主要有冷却水系统和润滑油系统。冷却水系统都是手动操作;润滑油系统一般总处于自动状态，当油压低于一定压力时，辅油泵自动运行;当油压高于某一值时，则油泵自动停止。润滑油还带有加热器，当油温低于某一值时，油加热器自动投入;当油温超过某一值时，油加热器自动断开。

4.4 操作员面板的功能

操作员面板通过先进的CC-LINK现场总线与控制器相连，实时采集并显示重要的工艺参数、故障状态、报警信息，调整重要的PID参数，启/停主电机及辅助设备等，实现机组的安全可靠最优控制。

5 结束语

由于充分利用了PLC控制系统的优点，该系统对过程量的实时控制和开关量的联锁控制都有明显效果。