PLC在压缩机防喘振控制系统中的应用

前言

　　抚顺乙烯化工有限公司空分装置空压机防喘振控制系统原来采用FOXBORO盘前二次表来实现，并采用继电器实现其相关联锁逻辑功能，实现手段不仅落后，维护工作量大，而且还经常出现原因不明的意外停车，防喘振控制系统运行也不理想。该装置原控制系统发生爆炸事故之后，现在采用美国GE Fanuc公司的90-30双机热备型PLC来实现空压机的防喘振功能和机组联锁保护，使用触摸屏来实现监视和操作功能。现在不仅操作直观方便、停车原因明确，也使空压机的防喘振系统设计更加完善，机组运行更加平稳。


空压机工艺简介

　　抚顺乙烯空分装置采用法国空气液化公司的专利，该装置以空气为原料，经过过滤、压缩、净化、精馏、蒸发等工序，最后分离出产品氧气和产品氮气。吸入的原料空气经过滤后除去灰尘和杂质，过滤后的空气由空气压缩机K601进行压缩，加压后送往下游净化岗位。空压机K601系离心式压缩机，由电机带动，分两级压缩，两级分置于电机两侧即K601A和K601B。空压机K601设计流量为31500 Nm3/h，功率为3200kw，转速为1450rpm,由法国苏尔寿（SULZER）公司制造。


喘振现象的产生

　　压缩机在工作过程中，当入叶轮的气体流量小于机组该工况下的最小流量（即喘振流量）限时，管网气体会倒流至压缩机，当压缩机的出口压力大于管网压力时，压缩机又开始排出气体，气流会在系统中产生周期性的振荡，具体体现在机组连同它的外围管道一起会作周期性大幅度的振动，这种现象工程上称之为喘振。

　　喘振是离心式压缩机的固有特性，当发生喘振时需采取措施降低出口压力或增大入口流量，尽量降低喘振时间。为了确保压缩机稳定可靠地工作，防止用量波动发生喘振，该装置设计了防喘振放空阀，当下游工艺设备空气用量减少或压缩机出现喘振时，可由放空阀减量放空来平衡。


防喘振方案的实施 􀂄

a、防喘振控制系统描述

1． 系统结构

　　本系统采用GE Fanuc 9030 PLC 作数据采集和控制，为了保证系统的可靠性，控制部分采用双机热备结构，电源、CPU、通讯模块和通讯总线、以太网通讯模块等都是冗余的，通过GBC网络通讯模块与双机热备软件共同起作用，从而实现双机热备功能，保证系统的高可靠性。

　　数据采集部分配置两层10槽机架，第一层为带CPU的10槽I/O机架，另一层为隶属于第一层机架的10槽I/O扩展机架，两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯。双机热备部分与数据采集部分利用Genius Bus Controller (GBC)网络通讯模块通过Genius双总线进行数据的通讯与传输。

　　现场的各类模拟信号、电磁阀阀位回讯和报警接点信号、PLC输出到现场电磁阀的起停信号等均通过端子排与PLC I/O模块相连，实现数据的采集和控制。

　　上位机监控系统硬件选用触摸屏，操作系统为WINDOWS NT 4.0，运行的监控软件为基于WINDOWS NT 的CIMPLICITY Server版（700点），来实现监视和操作功能。这台监控站即可以作为工程师站用来组态各类画面，又可以作为操作站便于操作人员进行操作和监视。同时它又是一台服务器，本系统的全部数据均存储在此服务器的硬盘中，在此基础上，可以进行进一步的数据处理和存取操作。上位机（通过网卡）和PLC（通过以太网通讯模块）之间使用通用的标准10M以太网进行通讯连接。


2．系统的优化

　　为了使PLC能够快速执行PID算法，并实时刷新计算输出，我们选用PLC 9030中的高档模块CPU351来完成。利用PLC编程软件LogicMaster提供的梯形图功能，来实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。

　　现场导致压缩机停车的条件很多，在控制系统改造前还经常出现原因不明的意外停车,此次改造，我们在软件中增加联锁停车事故第一信号的捕获功能，使压缩机停车原因具体、明确，便于事故分析，收到很好的效果。

　　为了便于现场操作和维护，将PLC硬件和工艺操作用的触摸屏均安装在防爆控制柜上，将防爆控制柜安装在压缩机附近的现场操作室里。 􀂄


b、防喘振控制系统的特点 􀂾

　　PLC系统选用GE Fanuc的9030系列控制系统，性能优良，性价比高。

　􀂾 PLC系统具有双机热备功能，实现PLC主机冗余、电源冗余、通讯模块和通讯总线冗余，主机、从机可无扰动切换，增加了系统的可靠性。

􀂾 上位机与PLC之间通过10Mb/S的高速以太网ETHERNET实现数据的采集和传输，保证数据传输的高速、可靠。

􀂾 系统具有强大的通讯功能，支持多种通讯总线协议，具有开放的网络结构，可与其它厂家的PLC和DCS进行通讯。

􀂾 系统具有容错能力和强大的自诊断功能。

􀂾 PLC的微处理器选用高性能的INTEL处理器，系统运行速度高，可达0.22ms/K指令。能快速执行PID算法，并实时刷新计算输出。

􀂾 PLC具有功能强大的梯形图编程软件LogicMaster，可实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。

􀂾 联锁停车事故第一信号的捕获功能。


结束语

　　新的防喘振控制系统自投用后，运行效果一直很好，压缩机没有发生喘振现象，压缩机停车原因明确，机组运行更加平稳，达到了设计要求，取得显著的经济效益。