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        梅鋼煤氣加壓機組的三電控制設(shè)計

        2013-07-29 02:56:48李永剛
        冶金動力 2013年2期
        關(guān)鍵詞:羅茨手動煤氣

        李永剛

        (上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計研究院有限公司,江蘇南京 210039)

        1 簡要工藝流程

        1.1 主要工藝設(shè)備

        現(xiàn)煤氣加壓車間有貫通的加壓機廠房一座,廠房內(nèi)由東到西依次布置有AII1200型離心式混合煤氣加壓機3臺,D700-12-2型混合煤氣加壓機3臺,及L48x66WD-1型羅茨焦?fàn)t煤氣加壓機2臺。

        2臺羅茨焦?fàn)t煤氣加壓機一用一備,出口壓力為0.06 MPa,最大送氣能力為4500 m3/h,擔(dān)負(fù)著部分生活用城市煤氣、鋼廠RH爐等火炬點火用氣的供氣任務(wù)。

        隨著梅鋼的改造及擴建,現(xiàn)有2臺羅茨焦?fàn)t煤氣加壓機已不能滿足最終規(guī)模的需求,需進行改造,拆除1臺L48x66WD-1型羅茨煤氣加壓機和1臺D700-12-2型離心混合煤氣加壓機,新增2臺HL83WD型羅茨煤氣加壓機。

        對于焦?fàn)t煤氣加壓機組,改造后共有3臺加壓機,分別為2臺新加壓機及1臺舊加壓機,正常工作時為2臺新加壓機一用一備的工作形式,1臺舊加壓機作為極端情況下的備用。

        1.2 工藝流程

        改造后的3臺加壓機并聯(lián)布置,其入口及出口均設(shè)電動閥門,入口出口間設(shè)旁通回流閥門,用于加壓機輕載啟動,保護加壓機,另在入口總管和出口總管間也設(shè)有總回流調(diào)節(jié)閥門,調(diào)節(jié)總出口壓力。焦?fàn)t煤氣經(jīng)入口總管進入加壓機組,經(jīng)過3臺加壓機后煤氣管道壓力由15~17.5 kPa升至60~80 kPa,通過調(diào)節(jié)加壓機轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)總回流閥開度等手段保持穩(wěn)定的出口壓力,滿足用戶的需求。

        新增2臺加壓機電機均采用變頻調(diào)速控制,正常工作時采用變頻調(diào)速維持壓力穩(wěn)定。

        2 三電控制系統(tǒng)工程設(shè)計

        2.1 供配電及傳動控制系統(tǒng)

        本工程用電設(shè)備為2臺煤氣加壓機電機設(shè)備,電機功率為400 kW,常規(guī)情況下應(yīng)采用6 kV或10 kV等級的電機,同時配備相關(guān)的高壓配電柜、高壓變頻裝置。經(jīng)過經(jīng)濟性及維護便利性比較,本工程采用另外一種方案,即采用AC690 V電壓等級的電機,配置650 kVA,6 kV/0.69 kV整流變壓器,及AC690 V電壓等級的變頻裝置,配套Profibus-DP通訊接口。同時設(shè)置旁路主回路,即采用常規(guī)MCC控制,在變頻器故障時可直接啟動、運行加壓機,此時不具備加壓機調(diào)速功能。

        不要求調(diào)速的設(shè)備電機采用MCC控制,如加壓機電機的冷卻風(fēng)機、相關(guān)電動閥門等,每臺電機設(shè)一個控制回路,采用傳統(tǒng)的硬接線方式將相關(guān)信號送至PLC系統(tǒng)。

        2.2 儀表檢測系統(tǒng)

        系統(tǒng)設(shè)總管出口流量、壓力檢測,加壓機本體進出口溫度、壓力檢測及軸振動、軸溫檢測,冷卻水管進出口溫度檢測等。由于現(xiàn)場為氣體防爆區(qū)域,PLC柜內(nèi)設(shè)隔離安全柵,現(xiàn)場信號經(jīng)隔離后進入PLC系統(tǒng)。

        2.3 基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)

        本工程基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)采用SIEMENS S7-300系列PLC,包括控制器、通訊模塊、I/O模塊、現(xiàn)場總線等。設(shè)置1臺工業(yè)PC機作為HMI操作員站,用于生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備的監(jiān)控及操作,同時作為工程師站,用于PLC和HMI軟件的開發(fā)和維護。

        系統(tǒng)采用兩級控制網(wǎng)絡(luò),一級采用現(xiàn)場工業(yè)總線Profibus-DP,主要用于控制主機和遠程I/O、傳動設(shè)備的連接和通訊;另一級采用工業(yè)以太網(wǎng)Industrial-EtherNet,主要用于操作員站/工程師站與PLC間的通訊,以及與能源管理系統(tǒng)(EMS)網(wǎng)絡(luò)間連接。

        信號輸入輸出系統(tǒng)采用西門子ET200M遠程I/O結(jié)構(gòu),開關(guān)量輸入信號電源由PLC系統(tǒng)提供,外部均為無源接點,開關(guān)量輸出信號均為繼電器無源接點輸出,開關(guān)量I/O模塊均采用DC24V信號電源。

        2.4 操作方式

        根據(jù)工藝生產(chǎn)及安全要求,設(shè)自動、手動兩種操作方式,其中手動方式設(shè)現(xiàn)場手動和集中手動兩種模式:

        自動操作:根據(jù)工藝生產(chǎn)情況,在滿足聯(lián)鎖條件下,加壓機人工畫面(HMI)啟停,設(shè)定好出口壓力后,加壓機電機運行速度調(diào)節(jié)自動完成,保持出口壓力的穩(wěn)定。

        手動操作:操作人員通過畫面(HMI)或在設(shè)備現(xiàn)場機旁操作箱上完成設(shè)備的起、停操作,僅設(shè)必要的安全聯(lián)鎖。

        自動用于正常生產(chǎn),機旁手動僅用于檢修、單機調(diào)試。

        3 應(yīng)用軟件組態(tài)及編制

        PLC系統(tǒng)軟件采用STEP7,上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用WINCC,在此基礎(chǔ)上開發(fā)出PLC應(yīng)用軟件和監(jiān)控畫面,實現(xiàn)對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的控制。

        應(yīng)用軟件能夠?qū)崟r監(jiān)控現(xiàn)場各設(shè)備的工作狀態(tài),顯示生產(chǎn)過程中的工作曲線,當(dāng)參數(shù)超過設(shè)定范圍或設(shè)備發(fā)生故障時,可根據(jù)組態(tài)發(fā)出不同等級的聲光報警,可根據(jù)報警信息切換到相應(yīng)的監(jiān)控畫面,所有的報警信息均被記錄在報警數(shù)據(jù)庫中,便于以后的事故分析使用,可以實現(xiàn)報表和圖形打印以及各種事件和報警實時打印。

        4 羅茨加壓機的控制說明

        從工藝角度來說,加壓機的最終目標(biāo)是保持系統(tǒng)管網(wǎng)壓力穩(wěn)定,在受到外界工況變化產(chǎn)生壓力波動時,可通過兩種方式進行壓力調(diào)節(jié),一個是加壓機的轉(zhuǎn)速變頻調(diào)節(jié),另一個是總回流閥的開度調(diào)節(jié),其中:加壓機轉(zhuǎn)速增大,管網(wǎng)壓力也增大(在總回流閥開度一定的情況下);總回流閥的開度增大,管網(wǎng)壓力則減?。ㄔ诩訅簷C轉(zhuǎn)速一定的情況下)。

        4.1 常規(guī)控制方式

        根據(jù)本工程的情況,壓力控制一般可采用兩種常規(guī)控制方式,即:

        方式1:單一PID控制,設(shè)定值:目標(biāo)壓力,過程值:實時壓力,PID運算后的輸出給執(zhí)行元件,即變頻器或總回流閥,從節(jié)能角度考慮,應(yīng)首選變頻器調(diào)節(jié)方式。

        方式2:分段PID控制,與方式1區(qū)別在于當(dāng)壓力在不同的范圍內(nèi)變化時控制不同的執(zhí)行元件。

        兩種常規(guī)控制方式均有一定的缺點:

        方式1:因為本工程的執(zhí)行元件有兩個,而單一的調(diào)節(jié)回路只能控制一個執(zhí)行元件。如果我們只做一個回路來控制壓力,雖然也有可能實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定,但是調(diào)節(jié)設(shè)備的利用率不高,調(diào)節(jié)范圍有限,同時節(jié)能效果差。

        方式2:確定好壓力的分段點后,在某一壓力區(qū)間采用變頻器作PID調(diào)節(jié),在另一區(qū)間采用總回流閥作PID調(diào)節(jié)。但由于管網(wǎng)工況是時刻變化的,壓力分段人為固定后,不會隨工況變化,雖然調(diào)節(jié)效果比方式1要好,但是它不能將節(jié)能效果作到完美。

        4.2 最佳控制方式

        為實現(xiàn)調(diào)節(jié)范圍最大化,并且節(jié)能效果最佳,在本工程中采用了兩個PID調(diào)節(jié)回路,即:變頻器的PID調(diào)節(jié)回路和總回流閥的調(diào)節(jié)回路,相互間根據(jù)自己的調(diào)節(jié)能力相互切換。為了后續(xù)闡述方便,下文稱變頻器的PID調(diào)節(jié)回路為變頻回路,稱總回流閥的調(diào)節(jié)回路為回流回路。其控制框圖如圖1、2,其中框內(nèi)部分在PLC內(nèi)。

        兩個回路的唯一區(qū)別在于執(zhí)行元件不同,其他結(jié)構(gòu)相同,這就存在一個問題,即兩個回路不能同時參與調(diào)節(jié),因此一定要找到彼此間的關(guān)系,要實現(xiàn)在同一時刻,一個調(diào)節(jié)回路起作用,一個不起作用,這樣達到控制目的。為了使兩個回路配合密切,控制采用如下方式:

        圖1 變頻器閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)框圖

        圖2 總回流閥閉環(huán)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)框圖

        當(dāng)升壓時,先調(diào)節(jié)回流閥,回流閥調(diào)到下限壓力還不能滿足要求,則再調(diào)節(jié)變頻器回路使壓力達到設(shè)定值;當(dāng)降壓時,先調(diào)節(jié)變頻器,變頻器調(diào)到下限壓力還不能滿足要求,再調(diào)節(jié)大回流閥回路使壓力達到設(shè)定值。

        為了實現(xiàn)上述功能,其實只需將兩個回路作好互鎖即可實現(xiàn)上述功能。用回流回路的輸出下限來置位變頻回路的自動,用變頻回路本身的輸出下限來復(fù)位自己的自動,使其以當(dāng)前值輸出。同理,用變頻回路的輸出下限來置位回流回路的自動,用回流回路本身的輸出下限來復(fù)位自己的自動,使其以當(dāng)前值輸出。

        PID控制塊本身都是做到了自動跟隨手動,但大多數(shù)PID功能塊都沒有做到手動值跟隨自動值,為此在軟件上,要自己做一個手動值跟隨自動值的功能。變頻回路和回流回路兩個之間的相互關(guān)系如圖3所示。

        5 結(jié)束語

        本工程于2011年底開始施工,并于2012年2月調(diào)試并熱負(fù)荷試車成功,三電控制系統(tǒng)功能完全滿足工藝要求,至今已順利生產(chǎn)運行數(shù)月,對于梅鋼煤氣管網(wǎng)送氣質(zhì)量的提高起到重要作用。

        圖3 變頻回路與回流回路相互關(guān)系框圖

        說明:(1)PID調(diào)節(jié)器當(dāng)Man_on為1時PID手動輸出,為0時,PID自動調(diào)節(jié)。

        (2)RS觸發(fā)器為復(fù)位優(yōu)先。

        (3)“○”為連接符。

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