大型空压机无人值守远程控制系统

2014-07-11周艺军呼延翀厉洪波

山东冶金 2014年2期

周艺军，呼延翀，周勇，厉洪波，姜新

（济钢集团有限公司检修工程公司，山东济南250101）

1 前言

济钢鲍德气体有限公司压缩空气供应系统由集中空压机站、东区空压机站、焦化空压机站组成，通过管网将压缩空气输送到炼钢、高炉、焦化等生产单元，其中部分压缩空气作为仪表气源用气涉及到济钢生产的各个环节，影响整个生产的安全稳定运行。

为满足压缩空气供应的需要，济钢气体公司新上4台26 000 Nm3/h台FS-ELLIOTT 1600DA3型离心式空气压缩机。为减少压缩空气输送过程中的损耗，其中1台安装在焦化厂附近，距离气体公司3 km，设备运行状态、气体供应情况只能通过电话联系，特别是当空气供应系统出现设备故障时，由于信息沟通的困难使生产调度滞后，影响压缩空气正常供应。为此，开发了大型空气压缩机全自动控制程序，利用济钢能源动力网资源将焦化空压机站FS-ELLIOTT 1600DA3空压机运行状态及运行参数传送至气体公司管控中心，实现远程控制和无人值守，提高了调度系统应急能力。

2 系统组成及网络拓扑

空压机控制系统过程控制站由西门子S7300 PLC组成，该控制器具有RS485接口、Modbus通讯功能；上位计算机使用iFix 4.0监控软件实现监控操作；通过使用串口服务器NPort5232将Modbus协议转换为以太网协议后通过光纤远程传输，完成S7300与上位计算机iFix 4.0监控软件通讯，实现工艺参数的检测及控制；通过以太网协议实现iFix 4.0监控数据与能源管控中心焦化RTU节点的数据交换；通过能源动力网实现焦化RTU节点至能源动力网气体公司RTU节点的数据传送；气体公司管控中心管理网Web服务器读取能源动力网气体公司RTU数据，Orcale服务器完成数据显示、统计分析功能；通过气体WEB服务器Citect系统实现OA网络数据Web发布。网络拓扑见图1。

图1 网络拓扑图

3 控制系统功能

为了满足空压机远程无人职守的安全要求，首先实现了压缩机的全自动控制及完善的连锁保护，采取空压机排出压力恒定为目标的定压力调节系统，在恒压调节这一目标下兼顾电机的过载保护、防喘振保护将入口导叶和放空阀协调调整为最佳工作点，从而保证排气压力连续恒定输出。

空压机启动后接到加载指令开始加载，一旦达到空气压力设定点A，入口导叶就会调整空气进口流量以保持需要的压缩机排气压力，只要对压缩空气的需求保持不大于压缩机的满载容量，入口导叶将自动打开和关闭。当压缩空气的需求在压缩机的喘振线B以上时，空压机放空阀即保持关闭，如果过程需求低于压缩机的最小稳定工作范围C，放空阀将按要求打开。由于空气流量可以等同于电机的电流，通过当前电流与电机允许最小电流F比较，控制系统判断压缩机当前的工作状态。若压缩空气的需求过大，当电机电流达到最大值E时控制系统将调节入口导叶避免发生过载。特殊情况下压缩机排气压力超出压力帽设定时，放空阀打开泄压以保护压缩机和压力管道的安全。空压机控制原理见图2。

图2 空压机控制原理示意图

3.1 空压机入口导叶控制

在正常运行状态下系统接受来自两个控制回路的控制信号参与入口导叶的控制，即电机过载保护控制回路、压缩机组出口压力恒压控制回路。控制系统选择两个控制回路中安全的控制数据输出用于控制压缩机的入口导叶。

3.2 压缩机防喘振控制

在正常运行状态下系统接受来自两个控制回路的控制信号参与压缩机放空阀的控制，即压缩机防喘振控制回路、压缩机组出口压力极限控制回路。控制系统选择两个控制回路中安全的控制数据输出用于控制压缩机的放空阀。放空阀控制功能图见图3。

图3 放空阀控制功能图

空压机的防喘振自动调节是通过调节放空管上的放空阀来实现的，压缩机出口压力、出口流量两个参数参与调节，对应于出口压力及出口流量构成一条喘振曲线，此喘振曲线由压缩机调试过程中现场测定的多个喘振点连线得到，在此曲线基础上下移10%左右得到一条防喘振曲线，并且将该曲线上的点动态作为调节回路的设定值，当空压机工作点位于防喘振曲线的上方时，设定值与测量值的偏差使得放空阀打开，自动调节放空阀的开度使测量值稳定在防喘振曲线的设定值。如工作点位于防喘振曲线的下方时，则自动关闭放空阀。在实际测试中使用电机电流代替压缩机流量参与控制。压力帽控制回路在压缩机出口压力超出设定压力3%时放空阀打开参与压力调节。控制系统选择二者中安全度较大的数据输出，以保证设备处于安全运行状态。

3.3 压缩机自动加载/卸载控制

压缩机的加载过程是入口导叶逐渐打开，放空阀逐渐关闭的过程，加载完成后放空阀应处于完全关闭的状态，入口导叶根据压力设定值等条件进行自动调节。在自动加载过程中若导叶的开启与放空阀的关闭过程配合不好会出现空压机的喘振，控制系统检测到喘振时防喘振控制动作导致空压机无法实现加载从而不能实现稳定运行。通过预定的压缩机加载曲线实现压缩机自动加载，优化入口导叶与放空阀控制，跳过压缩机的固有喘振点，使得压缩机平稳安全地的达到设定工作状态。在加载过程中压缩机的防喘振控制、电机超载控制、压力帽控制始终处于自动状态。

压缩机的卸载过程是放空阀逐渐打开、入口导叶逐渐关闭的过程，通过预定的压缩机卸载曲线实现压缩机自动卸载，避免卸载过程中压缩机喘振对设备安全的影响，完成压缩机轻载停车的准备工作。

3.4 连锁保护系统特点

1）联锁控制完全由控制站PLC S7300及现场控制单元完成，远程设备及远程数据通讯故障时不影响设备的正常运行和联锁保护的有效性。2）该联锁保护控制采用负逻辑控制，确保控制器、控制系统、供电电源必须工作在正常状态，任何异常都会被及时检测并发出停车信号，确保设备运行安全。3）在正常的压力控制中设置压力极限控制，防止因压力超压造成的设备及压力管道事故。4）可设置全面的工艺联锁保护条件有：电源故障、继电器故障、控制器故障、电机轴瓦温度、电机绕组温度、压缩机轴振动、末级排气温度、密封气压力、润滑油温度和油箱液位等，有效保证压缩机的设备安全。