劉寶龍 袁 偉 紀燕飛

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司,蘭州 730060)

變工況條件下的迷宮壓縮機控制系統(tǒng)設計與應用

劉寶龍 袁 偉 紀燕飛

(天華化工機械及自動化研究設計院有限公司,蘭州 730060)

針對迷宮壓縮機現(xiàn)場工況與設計參數(shù)不一致的問題，使用PLC和人機界面設計了一套壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)，并利用變頻調(diào)速的方法實現(xiàn)壓縮機排氣量的穩(wěn)定。

迷宮壓縮機 變頻調(diào)速 PLC MCGS

氣體壓縮機是石化裝置的關鍵設備，在壓縮機實際使用現(xiàn)場，生產(chǎn)工藝流程和工藝條件經(jīng)常會發(fā)生一些變化，使壓縮機的運行工況和機組設計參數(shù)不一致，為了保證壓縮機在變工況條件下安全運行，并且使壓縮機發(fā)揮最大功效、降低能耗，設計開發(fā)一套安全有效的控制系統(tǒng)十分必要。筆者針對某化工廠二級壓縮往復式迷宮壓縮機進行分析介紹。

1 迷宮壓縮機壓縮工藝簡介

迷宮壓縮機具有壓縮無油、無摩擦的特點, 可以保證長周期運行, 是聚乙烯、聚丙烯裝置中的關鍵設備。原料氣從氣罐進入機組一級緩沖罐經(jīng)過兩段壓縮后送入下級工藝，流程如圖1所示。

圖1 迷宮壓縮機壓縮工藝流程

1.1壓縮工藝條件

正常生產(chǎn)時,壓縮機入口進氣壓力在0.21～0.81MPa(A)之間波動，排氣壓力穩(wěn)定在3.1MPa(A),排氣量穩(wěn)定在117m3/h左右。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對壓縮機運行狀況的實時監(jiān)測,自動對入口壓力變化做出反應，并具有主機啟動條件檢測、報警提示及聯(lián)鎖停機保護等功能，保證機組的正常穩(wěn)定安全運行。

1.2排氣量穩(wěn)定控制方案

從工藝要求可以看出，入口壓力是波動變化的，而出口壓力和排氣量則是一個穩(wěn)定值。由于排氣壓力取決于系統(tǒng)背壓，所以系統(tǒng)主要考慮的是排氣量。眾所周知，壓縮機排氣量是正比于轉速的，在相同入口壓力情況下，轉速的提高會導致排氣量的增加，反之，排氣量減少。同時，壓縮機的排氣量與入口壓力也有線性關系，在相同轉速情況下，入口壓力的上升會導致排氣量的增加，反之，排氣量減少。為滿足工藝條件的要求，可以通過合理改變壓縮機轉速從而達到實現(xiàn)穩(wěn)定排氣量的目的。排氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖2所示。

1.3機組安全控制方案

安全性是機組運行的必備要素。在滿足工藝要求的同時，系統(tǒng)包含主機啟動條件檢測、報警提示及聯(lián)鎖停機等保護功能，實時采集、分析、處理壓縮機各級溫度、壓力及液位等信號，并對壓縮機的某些故障采取相應的措施。

2 控制系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1硬件配置

系統(tǒng)硬件采用西門子S7-200系列PLC為主要控制單元，對壓縮機運行參數(shù)進行實時檢測，保障機組的安全運行，同時通過Modbus通信協(xié)議將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時傳送到中控室。通過EM232模擬量輸出模塊，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)改變壓縮機轉速調(diào)節(jié)氣量的目的。人機界面采用昆侖通泰TPC1162Hi，10.4英寸高亮度TFT液晶顯示屏，實時顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并提供在線設定修改參數(shù)功能。TPC1162Hi與PLC之間使用RS232通信。

圖2 排氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡圖

2.2軟件設計

2.2.1排氣量調(diào)節(jié)算法

入口壓力和轉速都與排氣量線性相關，則可簡化排氣量公式為：

Q=p1λ′n

可得：

公式計算與實際現(xiàn)場情況會有誤差，故在算法中引入修正變量x：

實際現(xiàn)場通過修改x的大小來實現(xiàn)對控制的修正。

選定電動機額定轉速為980r/min，所以在入口壓力最低值0.21MPa(A)及以下工況時，壓縮機轉速為電動機額定轉速。由于壓縮機潤滑系統(tǒng)由軸頭泵提供潤滑油壓力，當壓縮機轉速降低后軸頭泵供油壓力會降低，影響機組潤滑效果。因此，最低轉速設定為400r/min。

2.2.2程序設計

軟件系統(tǒng)設計主要包括PLC編程和觸摸屏組態(tài)兩部分。

PLC編程使用西門子Step 7-Micro/WIN編程軟件完成PLC的硬件組態(tài)和邏輯控制功能的編寫，主要對機組參數(shù)的模擬量和開關量進行處理，對外輸出控制信號。程序編寫采用模塊化方式，將程序分為啟機檢測、報警功能、聯(lián)鎖功能、輸入、輸出及Modbus通信等幾個子程序，增強程序的可讀性。變工況時迷宮壓縮機控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 迷宮壓縮機控制系統(tǒng)流程

觸摸屏使用昆侖通泰MCGS_嵌入版7.2進行組態(tài)，主要組態(tài)工藝流程簡圖、顯示機組實時參數(shù)、設定啟機條件值及聯(lián)鎖報警值等。

3 結束語

變工況條件下的迷宮壓縮機控制系統(tǒng)已經(jīng)隨壓縮機機組通過用戶現(xiàn)場驗收并于2015年1月投入使用，該控制系統(tǒng)在保證壓縮機安全運行的同時，能夠自動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定壓縮機排氣量，達到用戶工藝要求，而且運行良好、穩(wěn)定，功能齊備、操作方便。

TQ051.21

A

1000-3932(2016)05-0544-03

2015-08-24