内容提要：本文以某压气站的离心式压缩机为例，介绍西门子PLC在压缩机控制系统中的应用。对系统从软件、硬件及控制原理上进行详细的说明。结合实际操作注意事项，希望对输气行业，特别是从事压缩机运行行业的业内人士有一定的帮助。
主题词：离心式压缩机 PLC 上位机 SCADA ESD
伴随着我国经济的飞速发展，各种产业对能源需求的急剧增长，天然气作为一种新型、环保、廉价的能源越来越为众多用户所青睐。逐渐出现了一种供不应求的紧张局面。天然气的高效输送因此也成为了各大生产运行单位科研部门主要研究的方向及目标。
目前我国天然气输送行业主要以管道输送为主，同时存在气瓶输送、固态输送等多种形式。在长输天然气管道中，为增加输气效率，一般都建有中间压气站，即利用压缩机将其他形式的能量，如电能、机械能等，转化为压力能，从而达到增加单位时间输送量和输送速度的目的。
而离心式压缩机因为其效率高、维护量低、故障率低等诸多特点，渐渐在各类压缩机中脱颖而出，成为新建压气站的首选机型。离心式压缩机用于压缩气体的主要工作部件是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压器。简而言之，离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体压力能。
1．工艺简介
本文系统主要由4台压缩机组组成，由SIEMENS公司的变频调速电机驱动的MAN TURBO公司的RV050/04型离心式天然气压缩机组。机组进气气源设计有中、低压两种气源。
2.控制系统配置及说明
2．1 系统硬件结构；
系统以西门子S7－400 系列PLC为核心控制部件，通过光纤以太网实现与现场下位机的通讯，上位机采用西门子WINCC工控软件，通过人机界面HMI监控运行参数、下发启停机、工艺调整等命令。如图1：
下位机，即单台机组控制单元，同样以西门子S7－400 PLC为核心控制元件，通过PROFIBUS专用网路与之相连的分布式I/O机架ET200M现场数据采集模块，完成数据采集，下发启停机、工艺调整等控制命令。通过硬接线的方式完成变频器的监控。同时还设置有如下相对独立的检测控制系统：
2．1.1 Bently震动检测系统，通过modbus协议与之实现通讯。
2．1.2 HIMA ESD系统，通过PROFIBUS专用网络与之实现通讯。系统采用了安全等级最高的故障安全型控制系统Planar 4，第四代固态逻辑硬接线系统。通过TüV的严格认证，系统达到目前国际上最高安全等级SIL4/ AK7。它被广泛地用于高风险生产过程的安全保护，如高压聚乙烯、加氢裂化、海上采油平台的HIPPS等。具有自诊断和集中通讯功能，数据采集时间小于4ms。
2．1.3 MCC 马达控制中心，通过PROFIBUS专用网络与之实现通讯，完成机组冷却风扇，润滑油泵等的控制。
2．2 系统软件实现；
本系统PLC软件采用STEP 7软件，程序语言使用连续功能图CFC,使程序条理清晰，易于理解。上位机HMI采用工控软件WINCC。震动检测系统和HMIA ESD 系统分别有各自专用的组态软件。
2．2.1 PLC下位机软件
STEP 7是西门子公司PLC产品专用编程组态软件，具有FDB、CFC、SFC、梯形图等多种编程方式。根据工艺要求及压缩机组控制特点，本工程采用CFC顺序功能图进行编程控制。程序主要分为一下几部分：
2．2.1.1 压缩机组单机控制程序：①数据采集；②阀门控制；③启、停机顺序控制；④油系统控制；⑤防喘控制；⑥第三方通讯；如图2：数据采集逻辑程序
2．2.1.2 压缩机组联合控制：①进、出口压力控制；②流量控制；③第三方通讯；如图3：流量采集程序
2．2.2 上位机软件
本系统上位机由互为冗余的两台服务器和一台客户端组成。硬件为主流配置的工控计算机，软件采用西门子公司的WINCC工控软件，WINCC是西门子公司与微软公司联合开发的产物，在Windows 98或NT4．0以及基于NT 核心的 Windows2000/ xp/2003 操作系统下运行。
WinCC是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术系统。它提供了适用于工业的图形显示、信息归档以及报表的功能模板。高性能的过程藕合、快速的画面更新、以及可靠的数据传送使其具有高度的实用性。
HMI人机界面主要由以下几部分组成：
2．2.2.1 总揽图：三台机组的总揽图，包括机组运行状态，当前工艺流程状态及重要的运行参数。
2．2.2.2 单机总揽图：单击的总揽图，包括机组的各监测点实时运行数值，当前工作状态等。
2．2.2.3 防喘控制：运行机组的防喘控制界面，操作人员可通过此界面查看当前机组的运行工况是否稳定，并及时进行调整。界面中给出了防喘控制线、安全线和安全线，三条临界曲线，便于操作者直观了解当前运行工况。如图4：防喘控制
2．2.2.4 报警查看：查看机组实时报警和历史报警，便于机组故障分析。
2．2.2.5 联合控制：对3台机组进行联合运行控制，包括进出口压力控制和流量控制。
2．2.2.6 逻辑图：机组启停机逻辑顺序图，便于对机组启动、停机控制的分析，便于故障查找。
2．2.2.7 阀门、冷却风扇等设备的单体控制界面。
2．2.3 Bently震动监测系统的组态。
Bently 3500震动监测系统是目前比较先进的机械监测系统，系统能够通过多种传感器采集数据，例如：速度传感器、电涡流传感器、加速度传感器等。系统专门用于关键设备的监测，并且能够为多个地点、多个人员提供现场采集的数据进行分析。系统通常由现场传感器、监测框架、软件、监控计算机组成。
组态软件采用其专用的“rack configuration”软件，组态内容包括：框架模板位置、模板参数、报警点等，不再累述。
本文所介绍的系统，已在陕京输气管道成功投产、应用。系统设计层次鲜明，集成性高，运行稳定。各子系统、数据检测收集元件工作稳定，响应迅速。控制功能完善，很理想的完成了输气生产的各个环节控制。系统完全满足设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据记录完整、监控动作及时等诸多特点，同时大大减轻了运行、维护人员的劳动工作强度，缩短了操作时间，提高了输气效率。
