羅 輝

(中石化西北油田分公司雅克拉采氣廠，新疆 庫(kù)車 842017)

0 引言

大澇壩集氣處理站(以下簡(jiǎn)稱大站)使用兩臺(tái)天然氣壓縮機(jī)，將低壓天然氣增壓后進(jìn)入氣處理裝置進(jìn)行脫烴處理。

江漢石油管理局第三機(jī)械廠生產(chǎn)的一款往復(fù)式壓縮機(jī)組2D8-4.8/3.6-65為三級(jí)壓縮，其額定進(jìn)氣壓力為0.36 MPa、額定排氣壓力為6.5 MPa、額定排氣量為4.8 m3/min。機(jī)組主機(jī)采用對(duì)稱平衡型結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，冷卻方式采用全風(fēng)冷，整體封閉撬裝。該機(jī)組以Allen-Bradley公司(以下簡(jiǎn)稱A-B公司)的MicroLogix1500 PLC為控制核心進(jìn)行全自動(dòng)控制，具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 控制系統(tǒng)組成

大澇壩集氣處理站天然氣壓縮機(jī)組由壓縮機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、冷卻風(fēng)機(jī)、注油泵、潤(rùn)滑油泵、管系設(shè)備和控制閥門等組成。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of the control system

機(jī)組控制系統(tǒng)以MicroLogix1500 PLC為中心，配置相應(yīng)的壓力、溫度、液位信號(hào)變送器、轉(zhuǎn)換器及人機(jī)界面等，可實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能。PLC為主控器，配備輸入、輸出模塊和通信模塊，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制功能;具有優(yōu)良的性能價(jià)格比和高可靠性，可確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。

PLC對(duì)各級(jí)氣缸和管道的溫度、壓力等模擬信號(hào)以及按鈕、開(kāi)關(guān)等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集與處理，進(jìn)而控制閥門、機(jī)泵等的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，PLC和DCS(Foxboro公司I/A Series系統(tǒng))通過(guò)Modbus協(xié)議進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控［1］。

1.1 硬件組成

根據(jù)工藝要求，每臺(tái)機(jī)組共需18個(gè)開(kāi)關(guān)輸入量、15個(gè)開(kāi)關(guān)輸出量和10個(gè)模擬輸入量。單臺(tái)機(jī)組的控制硬件配置如表1所示。

表1 PLC系統(tǒng)硬件配置表Tab.1 Configuration list of PLC hardware

1.2 軟件組成

PLC編程軟件采用羅克韋爾(Rockwell)公司的RSLogix。它提供了純32位的、極具靈活性和易用型的PLC編程工具軟件，其中，RSLogix500用于MicroLogix1500的編程［2－4］，它與以前任何版本的羅克韋爾軟件兼容，功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、界面友好，支持多種編程方式。

RSLogix500梯形圖邏輯編程包是一個(gè)提供快速高效解決方案，且擁有工控領(lǐng)域領(lǐng)先的用戶界面的PLC編程軟件;編輯靈活，帶有輸入輸出自動(dòng)配置，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器和診斷、排錯(cuò)工具以及完善的幫助功能。本系統(tǒng)中采用梯形圖編程。

2 控制要求

為了確保系統(tǒng)能夠安全、可靠、高效地運(yùn)行，需對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行全自動(dòng)控制。根據(jù)天然氣壓縮機(jī)組運(yùn)行要求，控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

①機(jī)組啟動(dòng)、停止。機(jī)組啟動(dòng)分為現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)和遠(yuǎn)程啟動(dòng)，在DCS系統(tǒng)上設(shè)置了允許啟動(dòng)條件，現(xiàn)場(chǎng)控制柜面板上裝設(shè)有啟動(dòng)、停止按鈕，通過(guò)邏輯控制實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停。

②運(yùn)行參數(shù)測(cè)量。對(duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油壓力和溫度，機(jī)組進(jìn)氣壓力，一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)氣缸排氣壓力和排氣溫度，三級(jí)壓縮后工藝氣出口溫度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量一次儀表使用4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。

③預(yù)報(bào)警和聯(lián)鎖停機(jī)。在PLC內(nèi)設(shè)定報(bào)警值和聯(lián)鎖停機(jī)值，當(dāng)測(cè)量參數(shù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，直至報(bào)警消除;如果測(cè)量值達(dá)到停機(jī)值，則系統(tǒng)聯(lián)鎖停機(jī)。

④故障停機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)注油器油位低和油斷流、進(jìn)氣洗滌罐級(jí)間分離器液位高、壓縮機(jī)振動(dòng)過(guò)大、電機(jī)過(guò)載等情況時(shí)，上述故障信號(hào)以開(kāi)關(guān)量形式輸入到PLC，PLC接收并處理故障信號(hào)后保護(hù)停機(jī)。

⑤輸出控制。在自動(dòng)模式下，PLC控制主電機(jī)、注油泵電機(jī)、潤(rùn)滑油泵電機(jī)和風(fēng)扇電機(jī)的啟停。主電機(jī)控制時(shí)，PLC給出啟動(dòng)信號(hào)，主電機(jī)通過(guò)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，并反饋運(yùn)行信號(hào)給PLC。同時(shí)，PLC根據(jù)工況自動(dòng)控制回流閥和排污閥的運(yùn)行狀態(tài)。

⑥通信。PLC和現(xiàn)場(chǎng)顯示屏通信，顯示機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等信息;同時(shí)，通過(guò)RS-485通信接口，采用Modbus通信協(xié)議與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通信，在DCS系統(tǒng)上搭建組態(tài)畫(huà)面，監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)并記錄參數(shù)歷史數(shù)據(jù)。

3 控制功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 程序結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)控制程序采用結(jié)構(gòu)化的編程方式。結(jié)構(gòu)化編程方式的最大優(yōu)點(diǎn)在于其有利于整套控制系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)，可根據(jù)生產(chǎn)或調(diào)試的需要，很方便地將某一部分從系統(tǒng)中分離出去，也可以方便地向系統(tǒng)中增加新的控制部分，從而大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性［5－7］。

機(jī)組控制程序采用梯形圖編程，程序文件包括系統(tǒng)文件、主程序、數(shù)據(jù)采集子程序和數(shù)據(jù)通信子程序，在主程序中調(diào)用兩個(gè)通用子程序。MicroLogix1500 PLC共有256個(gè)數(shù)據(jù)文件，編號(hào)為0～255，其中，文件0～8為系統(tǒng)定義，用戶不能隨意修改，它們依次是輸出文件O0、輸入文件I1、狀態(tài)文件S2、位文件B3、定時(shí)器文件T4、計(jì)數(shù)器文件C5、控制文件R6、整數(shù)文件N7和浮點(diǎn)數(shù)文件F8。本系統(tǒng)中還自定義了7個(gè)數(shù)據(jù)文件，用于存儲(chǔ)傳感器量程、報(bào)警值和中間變量等數(shù)據(jù)。各數(shù)據(jù)文件和程序文件有機(jī)結(jié)合，通過(guò)數(shù)據(jù)檢測(cè)、指令狀態(tài)判斷和相應(yīng)的狀態(tài)處理，實(shí)現(xiàn)天然氣壓縮機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

3.2 控制流程基本思想

主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖Fig.2 Flowchart of main program

程序采用順序結(jié)構(gòu)。首先，PLC上電初始化，然后調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序和通信子程序［8－9］。子程序完成數(shù)據(jù)采集、控制條件判斷、報(bào)警和停機(jī)信號(hào)處理、PLC與觸摸屏及DCS數(shù)據(jù)通信等主要功能后返回到主程序，主程序檢測(cè)子程序中的輸出控制信號(hào)(位信號(hào))，依據(jù)信號(hào)狀態(tài)開(kāi)始啟機(jī)控制。當(dāng)控制條件達(dá)到要求時(shí)，按照程序啟動(dòng)機(jī)組并加載;如果控制條件不滿足，則不啟動(dòng)機(jī)組或聯(lián)鎖停機(jī)，并反饋故障狀態(tài)。

在數(shù)據(jù)采集子程序中［10］，PLC首先通過(guò)輸入模塊獲取機(jī)組的模擬量數(shù)據(jù)與開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，模擬量數(shù)據(jù)包括壓力和溫度，開(kāi)關(guān)量包括各類旋鈕、按鈕、故障輸入和繼電器輸入等，然后把獲取的信息按照指定的格式存放在特定數(shù)據(jù)文件內(nèi)。接著，PLC對(duì)所采集數(shù)據(jù)與設(shè)定的報(bào)警值和停機(jī)值作比較，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值和停機(jī)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的位信號(hào)導(dǎo)通，位信號(hào)狀態(tài)可以在主程序和子程序中檢測(cè)到，并作為梯級(jí)導(dǎo)通條件進(jìn)行邏輯控制。當(dāng)檢測(cè)到的任何一個(gè)壓力、溫度值達(dá)到報(bào)警值或停機(jī)值時(shí)，報(bào)警位或停機(jī)位將被置位，主程序檢測(cè)到它們的狀態(tài)后進(jìn)行相應(yīng)的啟停機(jī)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行特性，且運(yùn)行穩(wěn)定、操作和維護(hù)方便，較好地達(dá)到了天然氣壓縮的生產(chǎn)運(yùn)行要求。

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