周藝軍，呼延翀，周 勇，厲洪波，姜 新

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司 檢修工程公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

濟(jì)鋼鮑德氣體有限公司壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)由集中空壓機(jī)站、東區(qū)空壓機(jī)站、焦化空壓機(jī)站組成，通過管網(wǎng)將壓縮空氣輸送到煉鋼、高爐、焦化等生產(chǎn)單元，其中部分壓縮空氣作為儀表氣源用氣涉及到濟(jì)鋼生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，影響整個(gè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為滿足壓縮空氣供應(yīng)的需要，濟(jì)鋼氣體公司新上4臺(tái)26 000 Nm3/h臺(tái)FS-ELLIOTT 1600DA3型離心式空氣壓縮機(jī)。為減少壓縮空氣輸送過程中的損耗，其中1臺(tái)安裝在焦化廠附近，距離氣體公司3 km，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、氣體供應(yīng)情況只能通過電話聯(lián)系，特別是當(dāng)空氣供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，由于信息溝通的困難使生產(chǎn)調(diào)度滯后，影響壓縮空氣正常供應(yīng)。為此，開發(fā)了大型空氣壓縮機(jī)全自動(dòng)控制程序，利用濟(jì)鋼能源動(dòng)力網(wǎng)資源將焦化空壓機(jī)站FS-ELLIOTT 1600DA3空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)傳送至氣體公司管控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和無人值守，提高了調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)急能力。

2 系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h2>

空壓機(jī)控制系統(tǒng)過程控制站由西門子S7300 PLC組成，該控制器具有RS485接口、Modbus通訊功能；上位計(jì)算機(jī)使用iFix 4.0監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控操作；通過使用串口服務(wù)器NPort5232將Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)協(xié)議后通過光纖遠(yuǎn)程傳輸，完成S7300與上位計(jì)算機(jī)iFix 4.0監(jiān)控軟件通訊，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的檢測及控制；通過以太網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)iFix 4.0監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與能源管控中心焦化RTU節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換；通過能源動(dòng)力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)焦化RTU節(jié)點(diǎn)至能源動(dòng)力網(wǎng)氣體公司RTU節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送；氣體公司管控中心管理網(wǎng)Web服務(wù)器讀取能源動(dòng)力網(wǎng)氣體公司RTU數(shù)據(jù)，Orcale服務(wù)器完成數(shù)據(jù)顯示、統(tǒng)計(jì)分析功能；通過氣體WEB服務(wù)器Citect系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)OA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)Web發(fā)布。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3 控制系統(tǒng)功能

為了滿足空壓機(jī)遠(yuǎn)程無人職守的安全要求，首先實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的全自動(dòng)控制及完善的連鎖保護(hù)，采取空壓機(jī)排出壓力恒定為目標(biāo)的定壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在恒壓調(diào)節(jié)這一目標(biāo)下兼顧電機(jī)的過載保護(hù)、防喘振保護(hù)將入口導(dǎo)葉和放空閥協(xié)調(diào)調(diào)整為最佳工作點(diǎn)，從而保證排氣壓力連續(xù)恒定輸出。

空壓機(jī)啟動(dòng)后接到加載指令開始加載，一旦達(dá)到空氣壓力設(shè)定點(diǎn)A，入口導(dǎo)葉就會(huì)調(diào)整空氣進(jìn)口流量以保持需要的壓縮機(jī)排氣壓力，只要對(duì)壓縮空氣的需求保持不大于壓縮機(jī)的滿載容量，入口導(dǎo)葉將自動(dòng)打開和關(guān)閉。當(dāng)壓縮空氣的需求在壓縮機(jī)的喘振線B以上時(shí)，空壓機(jī)放空閥即保持關(guān)閉，如果過程需求低于壓縮機(jī)的最小穩(wěn)定工作范圍C，放空閥將按要求打開。由于空氣流量可以等同于電機(jī)的電流，通過當(dāng)前電流與電機(jī)允許最小電流F比較，控制系統(tǒng)判斷壓縮機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)。若壓縮空氣的需求過大，當(dāng)電機(jī)電流達(dá)到最大值E時(shí)控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉避免發(fā)生過載。特殊情況下壓縮機(jī)排氣壓力超出壓力帽設(shè)定時(shí)，放空閥打開泄壓以保護(hù)壓縮機(jī)和壓力管道的安全?？諌簷C(jī)控制原理見圖2。

圖2 空壓機(jī)控制原理示意圖

3.1 空壓機(jī)入口導(dǎo)葉控制

在正常運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)接受來自兩個(gè)控制回路的控制信號(hào)參與入口導(dǎo)葉的控制，即電機(jī)過載保護(hù)控制回路、壓縮機(jī)組出口壓力恒壓控制回路。控制系統(tǒng)選擇兩個(gè)控制回路中安全的控制數(shù)據(jù)輸出用于控制壓縮機(jī)的入口導(dǎo)葉。

3.2 壓縮機(jī)防喘振控制

在正常運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)接受來自兩個(gè)控制回路的控制信號(hào)參與壓縮機(jī)放空閥的控制，即壓縮機(jī)防喘振控制回路、壓縮機(jī)組出口壓力極限控制回路。控制系統(tǒng)選擇兩個(gè)控制回路中安全的控制數(shù)據(jù)輸出用于控制壓縮機(jī)的放空閥。放空閥控制功能圖見圖3。

圖3 放空閥控制功能圖

空壓機(jī)的防喘振自動(dòng)調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)放空管上的放空閥來實(shí)現(xiàn)的，壓縮機(jī)出口壓力、出口流量兩個(gè)參數(shù)參與調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)于出口壓力及出口流量構(gòu)成一條喘振曲線，此喘振曲線由壓縮機(jī)調(diào)試過程中現(xiàn)場測定的多個(gè)喘振點(diǎn)連線得到，在此曲線基礎(chǔ)上下移10%左右得到一條防喘振曲線，并且將該曲線上的點(diǎn)動(dòng)態(tài)作為調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值，當(dāng)空壓機(jī)工作點(diǎn)位于防喘振曲線的上方時(shí)，設(shè)定值與測量值的偏差使得放空閥打開，自動(dòng)調(diào)節(jié)放空閥的開度使測量值穩(wěn)定在防喘振曲線的設(shè)定值。如工作點(diǎn)位于防喘振曲線的下方時(shí)，則自動(dòng)關(guān)閉放空閥。在實(shí)際測試中使用電機(jī)電流代替壓縮機(jī)流量參與控制。壓力帽控制回路在壓縮機(jī)出口壓力超出設(shè)定壓力3%時(shí)放空閥打開參與壓力調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)選擇二者中安全度較大的數(shù)據(jù)輸出，以保證設(shè)備處于安全運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 壓縮機(jī)自動(dòng)加載/卸載控制

壓縮機(jī)的加載過程是入口導(dǎo)葉逐漸打開，放空閥逐漸關(guān)閉的過程，加載完成后放空閥應(yīng)處于完全關(guān)閉的狀態(tài)，入口導(dǎo)葉根據(jù)壓力設(shè)定值等條件進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)加載過程中若導(dǎo)葉的開啟與放空閥的關(guān)閉過程配合不好會(huì)出現(xiàn)空壓機(jī)的喘振，控制系統(tǒng)檢測到喘振時(shí)防喘振控制動(dòng)作導(dǎo)致空壓機(jī)無法實(shí)現(xiàn)加載從而不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。通過預(yù)定的壓縮機(jī)加載曲線實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)自動(dòng)加載，優(yōu)化入口導(dǎo)葉與放空閥控制，跳過壓縮機(jī)的固有喘振點(diǎn)，使得壓縮機(jī)平穩(wěn)安全地的達(dá)到設(shè)定工作狀態(tài)。在加載過程中壓縮機(jī)的防喘振控制、電機(jī)超載控制、壓力帽控制始終處于自動(dòng)狀態(tài)。

壓縮機(jī)的卸載過程是放空閥逐漸打開、入口導(dǎo)葉逐漸關(guān)閉的過程，通過預(yù)定的壓縮機(jī)卸載曲線實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)自動(dòng)卸載，避免卸載過程中壓縮機(jī)喘振對(duì)設(shè)備安全的影響，完成壓縮機(jī)輕載停車的準(zhǔn)備工作。

3.4 連鎖保護(hù)系統(tǒng)特點(diǎn)

1）聯(lián)鎖控制完全由控制站PLC S7300及現(xiàn)場控制單元完成，遠(yuǎn)程設(shè)備及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊故障時(shí)不影響設(shè)備的正常運(yùn)行和聯(lián)鎖保護(hù)的有效性。2）該聯(lián)鎖保護(hù)控制采用負(fù)邏輯控制，確?？刂破鳌⒖刂葡到y(tǒng)、供電電源必須工作在正常狀態(tài)，任何異常都會(huì)被及時(shí)檢測并發(fā)出停車信號(hào)，確保設(shè)備運(yùn)行安全。3）在正常的壓力控制中設(shè)置壓力極限控制，防止因壓力超壓造成的設(shè)備及壓力管道事故。4）可設(shè)置全面的工藝聯(lián)鎖保護(hù)條件有：電源故障、繼電器故障、控制器故障、電機(jī)軸瓦溫度、電機(jī)繞組溫度、壓縮機(jī)軸振動(dòng)、末級(jí)排氣溫度、密封氣壓力、潤滑油溫度和油箱液位等，有效保證壓縮機(jī)的設(shè)備安全。

4 結(jié)語

濟(jì)鋼鮑德氣體公司焦化空壓機(jī)站FS-ELLIOTT 1600DA3大型空壓機(jī)無人職守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)自2010年5月投入運(yùn)行以來，滿足了壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)生產(chǎn)的需求，有效提高了壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)急調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)了無人值守，改善了操作環(huán)境，方便了生產(chǎn)調(diào)度及統(tǒng)計(jì)分析，提高了能源計(jì)量和管理水平。