魏廣敬 辛庚嘉 唐子文 王繼收

摘要：冶金行業(yè)是講究高效率的高耗能行業(yè)，在冶金過程中能源介質(zhì)穩(wěn)定、安全的供應(yīng)是保證正常生產(chǎn)的必要條件。能源管控中的動力體系主要負(fù)責(zé)為全廠提供水、電、氣、汽等，本課題以壓縮空氣系統(tǒng)為研究對象，面對冶煉工藝對壓縮空氣穩(wěn)定性要求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣的壓力自動調(diào)節(jié)、設(shè)備自動啟停、循環(huán)周期等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的設(shè)置、控制與監(jiān)控，使整個壓縮空氣系統(tǒng)的工藝要求、技術(shù)參數(shù)均可由生產(chǎn)調(diào)度下傳到現(xiàn)場設(shè)備，同時也可將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)提交管理層，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序?qū)崟r監(jiān)控和管理，提高壓縮空氣系統(tǒng)生產(chǎn)效率、自動化程度對于能源管控意義重大。

關(guān)鍵詞：銅冶煉;動力設(shè)備;壓縮空氣系統(tǒng);集成控制

1 集成控制的特點(diǎn)及研究內(nèi)容

動力車間壓縮空氣系統(tǒng)包含設(shè)備較多、信號繁雜，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，僅僅依靠人員監(jiān)控眾多工藝參數(shù)的變化，絕對不可能做到壓縮空氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須通過有效的智能監(jiān)控系統(tǒng)才能使空氣壓縮系統(tǒng)安全、穩(wěn)定為全廠供應(yīng)壓縮空氣。通過選定壓縮空氣設(shè)備、現(xiàn)場控制系統(tǒng)設(shè)備及與調(diào)度室監(jiān)控設(shè)備，然后進(jìn)行編程設(shè)計，最終實(shí)現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)的壓力自動調(diào)節(jié)、設(shè)備自動啟停、循環(huán)周期等關(guān)鍵工藝要求，使整個壓縮空氣系統(tǒng)的工藝要求、技術(shù)參數(shù)均可由生產(chǎn)調(diào)度下傳到現(xiàn)場設(shè)備，同時也可將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)提交管理層，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序?qū)崟r監(jiān)控和管理。

2 動力中心壓縮空氣系統(tǒng)簡介

2.1壓縮空氣系統(tǒng)簡介

壓縮空氣系統(tǒng)是指由供氣端至用氣端的設(shè)備及管道的總稱。主要由壓縮機(jī)、電動機(jī)、預(yù)旋器、壓力開關(guān)、單向閥、儲氣罐、自動排水器、安全閥等組成，但由于單機(jī)控制，現(xiàn)場裝機(jī)量較多，日常巡檢無法做到實(shí)時管控調(diào)配，亟需優(yōu)化！

目前動力中心由0.85MPa和1.4MPa兩種壓縮空氣系統(tǒng)，0.85MPa壓縮空氣系統(tǒng)配置有離心空壓機(jī)5臺，干燥機(jī)2臺。一方面由空壓機(jī)排氣經(jīng)過干燥機(jī)后直接進(jìn)入干燥氣管網(wǎng)，提供干燥壓縮空氣，另一方面排氣經(jīng)過干燥機(jī)后通過壓縮氣儲罐進(jìn)入儀表氣管網(wǎng)，提供儀表壓縮空氣。1.4MPa壓縮氣系統(tǒng)配置有螺桿空壓機(jī)2臺，干燥機(jī)2臺。其經(jīng)過干燥機(jī)后送入管網(wǎng)，為用戶提供干燥壓縮空氣;另有一臺螺桿機(jī)為事故應(yīng)急，停電等突發(fā)事件中確保1.4Mpa儀表氣供應(yīng)。

2.2 兩種空氣壓縮機(jī)的機(jī)械原理及特點(diǎn)

離心式空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：離心式空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠;離心式空氣壓縮機(jī)主要構(gòu)件、空氣動力部分、級間冷卻器、整體傳動裝置、潤滑系統(tǒng)和操作控件的制造都能夠保證提供可靠的性能;在壓縮空氣氣道中，離心式空氣壓縮機(jī)沒有任何需潤滑部件;離心式空氣壓縮機(jī)精確平衡的撓性碟片式聯(lián)軸器，將振動降至最低，并且不需要聯(lián)接器潤滑油，也可以提供其他聯(lián)接方法;離心式空氣壓縮機(jī)緊湊的成套底座，將框架、中間冷卻器和潤滑油箱集成在一起，從而具有出色的扭轉(zhuǎn)剛度。

螺桿式空氣壓縮機(jī)采用高容量壓縮組件，其轉(zhuǎn)子外圓速度低而且達(dá)到最佳注油，實(shí)現(xiàn)了高效率、高可靠性。通過高效傳動系統(tǒng)以適合用途的最佳速度驅(qū)動壓縮組件。正常操作期間完全無需維護(hù)。具有免維護(hù)、高度可靠和高效率的優(yōu)點(diǎn)。

3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計方法

把壓力作為控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力。以離心式空氣壓縮機(jī)為例，現(xiàn)場控制系統(tǒng)以開關(guān)量輸入為主，輸入輸出總點(diǎn)數(shù)小于16，又因?yàn)槔^電器輸出模塊具有價格低，使用電壓范圍廣等特點(diǎn)，故選用繼電器輸出模塊。綜合以上及該控制系統(tǒng)的設(shè)計要求可知該系統(tǒng)采用8點(diǎn)輸入、8點(diǎn)輸出、繼電器輸出的西門子公司的S7-300PLC即可滿足要求。

3.2 控制系統(tǒng)程序框架

在空壓機(jī)運(yùn)行過程中，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求實(shí)時調(diào)節(jié)出氣口壓力，在用戶使用氣流量不大時，空壓機(jī)應(yīng)該減小負(fù)載，使貯氣罐中的壓縮空氣壓力維持在穩(wěn)定水平，在用戶使用壓縮空氣流量突然增加的時候，空壓機(jī)應(yīng)該能夠加大負(fù)載，以保證用戶的需求?，F(xiàn)場控制級核心即處理器Logix5550通過網(wǎng)絡(luò)直接控制電磁閥、主電機(jī)、自動排水閥、進(jìn)氣葉輪等電機(jī)和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來壓縮空氣，是整個控制部分的底層處理模塊。具體程序是根據(jù)生產(chǎn)工藝結(jié)合機(jī)械設(shè)備來編制的，它主要負(fù)責(zé)控制電氣設(shè)備的運(yùn)行，需要將生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行輸入輸出定義，并分別對各個工作站的I/O模塊進(jìn)行分配。

3.4故障信息反饋

壓縮空氣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，運(yùn)行中難免產(chǎn)生各種電氣故障，需要現(xiàn)場操作人員快速解決，這樣報警信息必須要完善。報警信息分為多種，包括系統(tǒng)報警、溫度報警、動作條件不滿足報警等，必須將所應(yīng)用的控制系統(tǒng)包括ControlLogix系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、變頻器、工作站等進(jìn)行歸類和提取，以第一時間顯示在調(diào)度室的監(jiān)控畫面里。

3.5總體驗(yàn)證

整個控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩部分，一部分是下位機(jī)對空壓機(jī)整個生產(chǎn)過程的控制和數(shù)據(jù)傳輸程序，另一部分是下位機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信的通訊軟件。軟件采用模塊化設(shè)計，按整體功能分成多個的模塊，單獨(dú)設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)壓縮空氣生產(chǎn)的工藝需要，控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計滿足：1.控制系統(tǒng)軟件應(yīng)能完成對空壓機(jī)整個生產(chǎn)過程的控制，包括對控制面板、限位開關(guān)等開關(guān)量信號進(jìn)行檢測，輸出能夠準(zhǔn)確可靠的控制電機(jī)，電磁閥的啟停。2.控制系統(tǒng)軟件應(yīng)能完成上＼下位機(jī)的通訊，采集下位機(jī)的信號實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)量統(tǒng)計打印報表等管理功能。設(shè)備的程序控制方式實(shí)現(xiàn)循環(huán)（自動）、手動、維護(hù)三種操作方式。

結(jié)論

采用ControlLogix PLC設(shè)備，對動力車間空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行DCS系統(tǒng)控制，對壓縮空氣系統(tǒng)中包含的設(shè)備的各個參數(shù)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)時數(shù)據(jù)通過變送器將4～20mA的模擬量送出，系統(tǒng)通過運(yùn)算將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量顯示在監(jiān)控畫面上。采用DCS控制壓縮空氣系統(tǒng)，大幅減少了設(shè)備管控成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時也節(jié)省了控制機(jī)柜的空間。提高了實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備的操作性能，在維護(hù)階段有出眾的診斷性能，減少了停機(jī)時間。全面提升了動力壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的管理管控水平。

參考文獻(xiàn)

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