上海亦心空压机设备有限公司

新系统采用的设计原则

经过多方技术交流和严格的技术论证，本着“简单、实用、安全、可靠”的设计理念，确定设计原则:
系统应能有效地监控氮压机设备的生产过程，确保运行可靠，操作、维打‘方便，采用中央集中监测控制为主，机旁盘和就地仪表监测控制相结合的原则。为适应工艺流程的需要，控制系统采用西门了S7- 300 PL仪主要工艺参数的显示、趋势记录、历史事件记录、报警、控制、打印、制表及流程图画面动态显示等均由WNCC软件完成，留有与其它机组系统联网通讯的接口。辅助油泵等其他辅助设备的联锁保护均可由PLC系统完成，当工艺参数越限时，能记忆、显示、打印并报警。将根据工艺要求，由PLC系统完成启动或停车，打开或关闭阀门，并可进行乎动操作设备的开、停和改变运行状态。

控制系统硬件、软件编程设计

为使硬件配置合理、先进、简单、可靠，在对硬件组成反复讨论的基础上，*终决定采用SIQVIENS S7一300 PLC实现操作站、通信网络、控制器的配置。系统主通信网络采用标准TCP/IP协议以太网，实现整个流程系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，完整地监控整个系统的生产情况。工艺参数以汉化动态画面显示，使整个工艺过程参数显示直观，便于分析和操作。

改造后的控制系统硬件配置及特点

控制系统硬件配置

该系统采用标准TCP/IP协议以太网实现与主DCS系统的数据通讯，通过标准TCP /IP协议以太网，实现整个流程中氮气压缩等了系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。

该系统可通过标准TCP/IP协议以太网实现与DCS系统的数据通讯。

系统OS、ES以Win2000为运行平台，从而确保系统的通用性、开放性和易用性。系统提供了功能块图FBD、梯形图LA D、语句表STL和C FC等图形化组态乎段。系统使用同一套组态工具软件STEP7完成过程级控制策略和操作级HMI组态及调试，并使用同一个全局数据库和项目树，使得程序生成灵活简单，清晰明了。

该硬件配置的特点

S7- 300 PLC自动化系统控制程序采用“任务运行”方式，每个任务都可设定运行中断扫描周期和优先级。根据现场工艺情况的变化，控制器通过调用不同的任务中断实现快速响应。因此该控制器既可满足复杂调节回路控制要求，又可满足开关量的快速联锁控制功能，从而达到一个控制器可以覆盖工厂所有环节的控制要求。

通讯方面，采用了西门了专用的通信模块为符合TCP /IP }办议的快速以太网模件，使系统无须增加设备就可与工厂局域网连接，同时提高了网络的通讯速度；由于系统的开放性，它支持OPC数据交换标准，使系统与各种第二方数据库或软件的数据交换更加容易，为今后工厂管理控制一体化提供了有力保障。

PLC实现的主要控制功能和技术特色

氮压机采用远程分布式控制方式，远程站设在压缩机机旁柜，远程乎动操作及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。

氮压机PLC控制

入口导叶和放空阀的控制

放空阀在低压下关闭:如果放空阀达到完全关闭的位置而排气压力仍然低于该设定点并目在死区的范围外，入口导叶就开始打开。当排气压力达到死区范围内并目在设定点附近时，入口导叶就停止动作。在放空阀关闭之前，入口导叶不能打开。

放空阀在高压下打开:当压力超过设定点并且在死区的范围外，放空阀打开，直到压力降低，放空阀随着调整到关闭状态。

入口导叶和放空阀的乎泊动控制均实现无扰动切换，同时增加了乎操值的限定功能，防止了操作人员的误操作，提高了工艺的稳定性。

加载和卸载控制

在控制方案的设计上，考虑用户操作工的操作习惯，加载过程有全自动及乎动加载两种方式，卸载过程分为计划停车或联锁停车两种情况。

自动加载过程:电机启动，待升至额定转速，允许加载信号满足后，画面出现“允许加载”，操作人员只需在画面上选择自动加载，加载过程开始，氮压机放空阀逐渐关闭，如果放空阀全关后，实际压力值仍然小于设定值，则逐渐打开入口导叶，直到实际压力值等于设定值，氮压机完成加载过程。在升压或系统运行过程中，机组的出口压力高于设定点并在死区范围外，放空阀将打开，防振控制起保护设备的作用。整个过程采用自陇调加载，无需人员干预，减轻了操作人员的劳动强度。

自动卸载过程:此过程包括计划停车和事故联锁停车。

在正常停止氮压机前，应先将其卸载，然后再停止氮压机。自动卸载过程中，氮压机放空阀先逐步打开至全开位置，入口导叶再关至*小位置，压缩机卸载至空负荷，然后停主电机，主电机停运后，入口导叶全关，停车过程结束。

事故联锁停车:机组将立即停车并卸载，放空电磁阀失电，放空阀快速打开，入口导叶将全关。

手动加载过程:操作人员选择了乎动加载方式后，入口导叶乎操器打乎动位置o‘漫慢打开入口导叶，同时慢慢关闭放空阀(乎操器在乎动位置)，两阀陇调操作，保证机组出口压力稳定上升。

手动卸载方式:由操作人员乎操控制。

联锁保护逻辑控制

在相关的工艺或机械条件全部满足后，氮压机启动逻辑条件满足，送现场电机励磁柜允许启动信号，在这个逻辑单，包括了油压联锁逻辑即辅油泵的自动启动逻辑和振动联锁在启动过程中的解除。在启动过程中机组的振动联锁解除延长了30 s时间，使机组的振动既在安全监控范围内又能顺利地渡过临界区，完成启动过程。

当设备出现任何一个重要的工艺参数(比如振动、轴瓦温度等)超限或设备故障时，将紧急停车，以确保设备的安全。事故停车处理后再启动时，必须经人工确认。停车逻辑的结果是电机停车，放空阀快速全打开，氮压机入口导叶全关，在空分装置预冷系统或分子筛纯化系统发生故障时，联锁的动作是卸载，即放空阀全开，氮压机入口导叶均在*小位置，电机不停车。

关键停车参数的程序保护与画面强制

对于关键工艺参数的运行状态，增加了程序保护功能。当检测元件出现损坏而非工艺原因的故障时，程序会自行解除联锁，并发出声光报警通知维打‘人员及时处理故障，待故障处理好后，延时5、程序会自动投入联锁。例如:温度的断路保护联锁、振动的断路报警等，减少了设备的仪控故障停机率。

对于关键工艺参数涉及的与空压机等主要设备连锁，增加了画面强制功能。为了调试程序和口后维打‘的需要，当某一环节交义关联的诸多条件不能同时满足，下一步无法操作时，在画面上增加许多选择按钮，并在程序中加以设置。按钮按下时，系统默认为该开关量置为“1"，此条件得到满足。当所有条件均满足时，画面上的所有所需条件均变为绿色，表示条件己全部满足，即可执行下一步操作，节省了人力与时间。在生产中，若该设备出现临时故障，在不对设备有所损害的前提下，为了不影响i1常生产，也可以在画面上强制继续生产，直到设备修好，再把强制解除即可。
上位机监控功能

1)画面显示:显示系统主菜单、工艺流程参数和运行工况、运行方式、设备状况、故障状态、实时和历史趋势等
。
2)系统运行操作:单体设备(如氮压机、辅油泵等)的启停控制。

3)报表管理:显示和追加系统记录报告，实时打印系统事件报告，定时打印系统运行班报、日报、月报等报表。

4)报警功能:显示故障区域流程图，故障设备图形变色或闪烁，屏幕上方用汉字显示故障发生时间及性质。

上述功能实现了进行故障跟踪和智能分析，为及时发现故障、分析故障、解决故障提供了有力乎段，大大缩短了故障处理时间。

结语

该氮压机控制系统改造投运后，工作稳定，安全性和可靠性高，易于操作人员对整套系统进行监测、操作，减轻了工人劳动强度。故障停机率低，机组产品质量和产量稳定，为莱钢生产线提供了连续、优质的动力气源，保证了热线生产的顺利进行。