1、莱钢 8#氧气压缩机自动控制系统【关键词】莱钢 氧气压缩机 控制系统 【摘要】莱钢 8# 氧气压缩机是 12000m3/h 空分装置的关键设备, 其作用是将气态氧产品压缩成中压氧, 通过管道输送到用户。8# 氧气压缩机工作正常与否, 对莱钢的生产大局和经济效益影响很大。它主要采用三菱 M EL SEC A 1S PLC 和 Bailey IN F I- 90 DCS 联合实现自动控制, 控制效果良好, 运行稳定可靠。莱钢 8# 氧气压缩机是 12000m3/h 空分装置的关键设备, 其作用是将气态氧产品压缩成中压氧, 通过管道输送到用户。8# 氧气压缩机工作正常与否, 对莱钢的生产大局和经济效
2、益影响很大。它主要采用三菱M EL SEC A 1S PLC 和 Bailey IN F I- 90 DCS 联合实现自动控制, 控制效果良好, 运行稳定可靠。1 工艺简介莱钢 8# 氧压机的工艺流程如图 1 所示, 纯度达到 99.6% 以上的氧气, 经调节阀 PCV 3922 和入口截止阀 PV 1501, 进入压缩机进行第一级、第二级、第三级压缩, 每级压缩后经过一次冷却。一级压缩后气体经调节阀 PCV 1 1510 形成一级回流 , 三级压缩后气体经调节阀 PCV 3 1510 形成三级回流。气体回流引起入口压力 P I3922 升高 , 流量 F I3920 降低, 由调节阀 FCV
3、 13920 和 FCV 2 3920 进行机前放空, 使压力 P I3922 和流量 F I3920 保持在设定点附近。从氧压机出来的氧气经截止阀 PV 1537 通过管道输送到用户, 或根据实际生产需要通过截止阀 PV 1536 放空。为确保安全, 每一级压缩排气侧分别装有安全阀, 超压时紧急排放部分气体, 以降低压缩气体压力。2 系统配置莱钢 8 # 氧压机自动控制系统主要采用三菱 M EL SEC A 1S PLC 和 Bailey IN F I- 90 DCS。二者之间通过 IO 通道进行信号连接。系统配置如图 2 所示,其中 PLC 配置为实际配置, DCS 配置为示意图。三菱 M
4、 EL SEC A 1S PLC 配置包括 1 块 CPU 主基板(A 1S38B) 和 1 块扩展基板(A 1S55B- S1) , 共有 1 块电源模板(A 1S62P ) , 1 块 CPU 模板(A 1SCPU ) , 4 块数字输入模板(A 1SX80) , 3 块数字输图 2 莱钢 8# 氧压机控制系统配置图出模板(A 1SY80) , 3 块模拟输入模板(A 1S64AD) ,1 块模拟输出模板(A 1S62DA ) , 2 块 PT 100 多路转换变送器(PT - 62) , 1 个 MAC 200 操作员面板。系统共有数字量输入信号 63 点, 数字量输出信号 43 点,
5、模拟量输入信号 9 点, 模拟量输出信号 2 点, RTD 信号 18 点。3 主要控制功能氧压机控制功能主要包括防喘振控制、压缩机启 停联锁控制、辅助设备的启 停联锁控制等。防喘振控制由 DCS 实现 , 联锁控制由 PLC 实现。3.1 防喘振控制压缩机出口流量与压力不匹配, 即流量低或压力高时, 会造成压缩机喘振。该氧压机防喘振控制包括入口压力调节、入口流量调节、一级回流调节和 3 级回流调节。(1) 入口压力调节: 入口压力采取常规 P ID 调节,调节器为 P IC3922, 由入口压力调节阀 PCV 3922 完成, 调节回路如图 3 所示。(2) 入口流量调节: 入口流量采取分段
6、调节 , 由机前主放空调节阀 FCV 1 3920 和旁路放空调节阀 FCV 2 3920 完成, 调节回路如图 4 所示。调节参数为氧压机机前流量, 测量值有温压补偿。当 P ID 调节器 F IC3920 的输出在0 10% 之间时, 旁路放空调节阀 FCV 2 3920 起作用, 对应开度为 0100% , 主放空调节阀 FCV 1 3920 处于全关状态; 当调节器输出在 10 100% 之间时, 主放空调节阀 FCV 13920 开始起作用, 对应开度为 0 100% , 旁路放空调节阀 FCV 2 3920 处于全开状态。(3) 回流调节: 回流调节采取分段调节 , 由一级回流调节
7、阀 PCV 1 1510 和 3 级回流调节阀 PCV 31510 完成, 调节回路如图 5 所示。调节参数为氧压机机前流量和管网压力, 二者分别进行 P ID 运算。当管网压力正常时, 机前流量调节器 F IC3921 的输出作为回路输出 ; 当管网压力超过某一值时 , 管网压力调节器 P IC1510 的输出作为回路输出; 当氧压机卸载时, 回路输出选择一个时变函数 , 时变函数为 50% + ( t240) 3 50% , 即在240s 内, 回路输出由 50% 逐渐增大到 100%。当回路输出在 050% 之间时, 一级回流调节阀 PCV 1 1510 起作用, 对应开度为 0 100
8、% , 3 级回流调节阀 PCV 3 1510 处于全关状态 ; 当回路输出在 50% 100% 之间时, 3 级回流调节阀 PCV 3 1510 开始起作用, 对应开度为 0100% , 一级回流调节阀 PCV 1 1510 处于全开状态。渐变选择器能根据一定条件选择不同的输入, 从一种输入切换到另一种输入的过程是按指数规律渐变的, 需要经过 5 倍时间常数的时间, 时间常数可由编程人员设定。渐变选择器 1 和 3 的切换条件是管网压力超过某一设定值, 渐变选择器 2 的切换条件是氧压机卸载(通过截止阀 PV 1536 放空)。回路输出返回到渐变选择器 1 的目的是实现无扰动切换。3.2 压
9、缩机启 停联锁控制3.2.1 压缩机启动压缩机启动前, 系统应具备以下条件:(1) 冷却水管已打开;(2) 压缩机进气管和排气管上的手动阀已打开;( 3) 将排放压力调节器 P IC 1510 置于自动, 设定点 2900kPa;( 4) 将入口流量调节器 F IC 3920 置于自动, F IC 3921 置于手动, 且 0% 的输出信号,打开回流调节阀 PCV 1 1510 和 PCV 3 1510;( 5) 将入口压力调节器 P IC 3922 置于自动, 设定点 40kPa, 进气压力调节阀 PCV3922 打开。当上述条件和供电等外围条件都满足时, 在现场控制盘上按下用“压缩机启动”
10、按钮启动氧压机, 入口截止阀 PV 1501 自动打开; 在主控室 DCS 操作画面上增加调节器 F IC 3921 的输出信号从而使回流阀关闭。如果外供用户量小于装置氧产量, 机前放空阀自动保持打开。将调节器 F IC 3921 置于自动, 设定点150- - 200m3/h , 高于调节器 F IC 3920 的设定点。3.2.2 压缩机停止(1) 正常停止: 在压缩机正常运行情况下, 有就地停止和远程停止两种方式。就地停止方式下, 按下现场控制盘上的“压缩机停止”按钮, 压缩机即停止;远程停止方式下, 在主控室 DCS 操作画面上按下“COM PRESSER SHU T DOWN ”按钮
11、, 压缩机即停止 ; 无论采用哪种停止方式, 在压缩机停止的同时, 入口阀 PV 1501 都自动关闭。(2) 故障停止: 当启动主电机时, 如果系统在 5s 钟内收不到“主电机运行反馈”信号, 系统会自动停止压缩机的启动过程。在压缩机正常运行期间, 发生电机保护开关失灵、严重喘振等故障, 压缩机将自动停止运行, 并且所有的系统设备将处于停止状态。3.3 辅助设备的控制氧压机辅助系统主要有冷却水系统和润滑油系统。冷却水系统都是手动操作。润滑油系统一般总处于自动状态, 当油压低于一定压力时, 辅油泵自动运行, 当油压高于某一值时, 则油泵自动停止。润滑油还带有加热器, 当油温低于某一值时油加热器自动投入, 当油温超过某一值时, 油加热器自动断开。4 应用情况由于充分利用了 DCS 和 PLC 控制系统的优点,该系统对过程量的实时控制和开关量的联锁控制都有较为理想的实现。该氧压机自 1997 年正式投运后, 运行良好, 稳定可靠。
