墻新奇

（新疆八一鋼鐵股份有限公司能源中心）

1 問題的提出

八鋼能源中心制氧分廠南區(qū)國產12#循環(huán)氮壓機（40000m3/h）排氣壓力基本依靠手動調節(jié)。進口導葉開度固定，通過回流和放空調節(jié)壓力，設備能耗高，容易受用戶用量變化的影響；設備運行不穩(wěn)定。手動調節(jié)滯后，影響供氣質量。一直以來，針對12#循環(huán)氮壓機的排氣壓力只是遠程監(jiān)視，不能遠程操作、控制。為了提高工作效率（同時降低操作人員的工作量），提高供氣質量和降低能，對制氧離心式氮氣壓縮機進行了恒壓自動控制改造，通過改造進一步提高設備的可靠性和可維護性。

2 改造的主要內容

2.1 建立新的控制模型

通過建立新的控制模型，實現排氣壓力自動調節(jié)。滿足以導葉控制為主、回流為輔（主要為克服導葉可調范圍較小的因素）的經濟、安全調節(jié)方式；增加放空自動調節(jié)，緩解外部用戶突然性大幅變化對空分系統的影響[1]。壓縮機控制模型見圖1。

圖1 壓縮機控制模型

圖1所示，是以導葉控制為主、回流為輔的調節(jié)方式，給定1為正常的恒壓控制設定值，與反饋1比較后，通過PID1模塊控制進口導葉閥的開度，從而控制壓縮機排氣壓力；當用戶用量減少，導葉開度小于或等于開度下限時（小流量可能進入喘振區(qū)），PID1轉為“手動”模式，導葉開度保持，PID2轉為“自動”模式，回流閥參與自動調節(jié)；用戶用量恢復，回流閥關閉，PID1轉為“自動”模式；當用戶用量增加，導葉開度大于或等于開度上限時（可能造成“阻塞”或電機過流），PID1轉為“手動”模式，導葉開度保持，外部條件變化后PID1轉為“自動”模式。

當外部用戶用量突然大幅度變化（事故故障時），排氣壓力大于或等于報警值（給定2），為防止空分裝置被沖擊，放空閥自動調節(jié)（PID3投入自動），壓力降低后關閉。

2.2 完善優(yōu)化防喘振控制

改造前防喘振控制功能未投入，改造中增加了安全控制線及報警功能，提高壓縮機安全運行的可靠性[2]。

2.2.1 安全控制線的設計

圖2 壓縮機防喘振曲線圖

安全控制線（圖2內側線）是在防喘振線（圖2中間線）的基礎上(除原點外)壓比值下移2.7%～5%獲得，函數表達式為：

2.2.2 新增安全控制線

當工作點觸碰或越過安全控制線后，發(fā)出報警信息（需要人為確認后才能消除報警），需要檢查和干預壓縮機及相關設備；若工作點觸碰或越過防喘振線后，放空閥全開、回流閥全開；若工作點觸碰或越過喘振線（圖2外側線）后，壓縮機停機。

2.3 實現遠程操控功能

改變原有遠程僅有只讀方式，無法寫入數據或變量，實現遠程操控功能。改造后的控制系統如圖3所示。

圖3 控制系統示意圖

原控制系統PLC與DCS的I/O服務器為單工通訊，數據由PLC的CP341 MODBUS通訊模塊（MODBUSMASTER）RS_485 串 口 發(fā) 送 至MOXA5630串口服務器（MODBUS SLAVE）--轉換為Ethernet TCP/TP，經交換機發(fā)送至DCS的I/O服務器，采集處理后送DCS操作站。

（1）單工通訊增加參數[4]（不改變原有單工通訊方式，利用備用的變量通訊），具體見表1。

（2）增加DCS輸出(新增I/O信號,通過硬接線實現PLC和DCS信號交換)，見表2。

（3）為防止現場信號竄入DCS，引起DCS故障或誤動作，DCS送給現場PLC的AI信號用隔離器進行隔離，共4路信號，見表3。

表1 新增單工通訊DI變量表

表2 新增DCS/DO變量表

表3 新增DCS/AO變量表

PLC相應模塊的兩組共4個AI通道由2線制2DMU改為4線制4DMU（PIW312/PIW314/PIW316/PIW318），PLC接受有源信號。

2.4 控制程序優(yōu)化

原控制程序采用STL（語句表）方式編制，改為用梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）方式編制，提高了程序的可讀性和可維護性。

2.5 優(yōu)化遠程和就地的人機界面

為便于遠程操作、手自動切換、量程修改、聯鎖和報警參數設置、PID參數設置等，對就地觸摸屏的監(jiān)控畫面和遠程的DCS監(jiān)控畫面進行了優(yōu)化處理。

3 改造后的效果

2019年3月中旬12#循環(huán)氮壓機完成熱調試，投入生產運行，實現了遠程主輔機設備啟停、負荷調整、加卸載操作、手自動切換、恒壓自動控制、壓縮機工作點（防喘曲線中的）時時監(jiān)測等功能，提高了壓縮機安全可靠性。

提升了工作效率：每班平均節(jié)省單人現場操作和巡檢時間1.2h，全年可節(jié)約900h。降低了能源消耗：額定壓縮能力時負載電流平均降低約3A,每小時節(jié)能約52kW·h，全年節(jié)約374400kW·h。

4 結束語

改造中保留了原單工通訊的方式，遠程操作所需的部分變量通過硬接線的方式從DCS輸出給PLC，即這些關鍵操作指令不受通訊故障的影響。

這次成功改造的經驗適合于國產離心式氣體（非易燃易爆性）壓縮機的改造。目前八鋼在線使用的 INGERSOLLRAND、CAMERON、ATLAS COPCO、SAMSUNG TUBROMASTER等進口品牌的氣體壓縮設備控制系統與機器本體一體化集成，提供與第三方通訊的單工通訊接口，遠程只能監(jiān)視、不能操作和控制。這些技術障礙在智慧制造推進進程中需著手解決。因此這次的改造也為進口氣體壓縮機的遠程控制改造提供參考借鑒。