基于PLC的固定式压缩机站控系统

2015-01-13汤雪松

化工自动化及仪表 2015年9期

陈曦汤雪松

(河北工业大学控制科学与工程学院，天津 300130)

随着科学技术的发展，自控系统已经广泛应用于化工生产的各个领域[1～4]。在工业生产过程中除了要保证产品质量外，还要保证生产过程的安全和高效。化工生产的原材料常为有毒气体或液体，所以安全性需要极大的保障，这就要求在生产过程中各级监控环节能够实时监控各项生产指标，控制系统精确地控制装置各环节的正常运行，并在发生故障时及时报警。

笔者基于S7-200PLC设计某固定式压缩机站的自控系统，在实际工程中用于叔碳酸的生产控制[5]。

控制系统的机械部分主要是固定式压缩机站，采用YB3-315M-6-90KW型防爆电机，用于驱动泵机、风机及压缩机等传动机械，保障系统中润滑油压力、排气压力及排气温度等在正常工作范围内，该电机在工作时的噪音低、振动小。电气部分由非标启动柜和机上控制元件组成，电源采用三相五线380V(AC)/50Hz。

由于该控制系统用于化工生产过程，工作环境恶劣，因而选用工作稳定且抗干扰能力强的S7-200PLC作为控制核心。显示部分则选用TD200。

系统的现场数据采集、控制和显示部分的结构如图1所示。CPU226的接线如图2 所示。系统采用压力变送器测量润滑油压力、冷却水压力和排气压力，信号被转换为4～20mA(DC)输出，用于监控润滑油压力和冷却水压力稳定在0.0～1.0MPa，1～4级排气压力分别稳定在0.0～0.6MPa、0.0～2.0MPa、0.0～6.0MPa、0.0～16.0MPa。系统采用温度变送器测量润滑油的温度和排气温度，信号也转换为4～20mA(DC)输出，监控润滑油温度稳定在-50～150℃，1～4级排气温度分别稳定在-50～250℃、-50～250℃、-50～250℃、-50～250℃。系统采用ABB变频器控制压缩机，在启动环节，通过变频器代替自耦变压器，以减少电动机启动电流对输电线路的影响；在运行环节，当上述过程变量发生改变时，可通过变频器的动态调频使各变量稳定在设定范围；在停车环节，变频器设置为积分停车，实现电机缓慢停车以保护电机自身安全[6]。

2 控制策略

正常状态按下电机运行按钮，控制回路得到220V(AC)电压，压缩机开始工作，站控系统也开始监控现场的工况。通过S-16AD模块采集现场数据，并将压力及温度等模拟信号转换成数字信号送入PLC处理，在CPU得到实时数据后通过程序中的PID模块计算现场气动阀的开度控制各级压力，通过控制现场加热器来控制各级温度，保证整个系统工作在设定范围[7]。

为了实现现场气动环节的快速动作，气动阀PID参数要选取合理，此处PID参数整定是通过衰减曲线法得到的，整定成4∶1的衰减曲线。具体整定方法：先去掉积分和微分作用，将用纯比例控制的比例带整定为4∶1曲线，记下此时的比例带δs和振荡周期Ts，通过表1给出的经验公式进行计算。

图1 现场数据采集、控制和显示控制系统结构示意图

图2 CPU226接线示意图

调节规律调节器参数比例度δ/%积分时间Ti/min微分时间Td/minPδs--PI0．2δs0．5Ts-PID0．8δs0．3Ts0．1Ts

3 主程序

系统程序主要部分包括主程序、主站程序和子程序。控制系统主程序流程如图3所示，粗略分为启动系统、数据采集、参数比较、数据处理和动作控制5个部分。

子程序包括开关量控制、模拟量控制、加热、翻页、计时及数据采集等模块。主程序通过调用各子程序完成控制任务，主站程序完成地址分配。图4中，采集模块用于现场信号采集，计时模块用于记录设备上电后工作的时长，开关量控制模块用于处理现场按钮的信号，模拟量控制模块处理现场采集信号，显示、赋值、翻页处理或显示TD200的信号。