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GEFanuc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31500Nm3/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GEFanuc9030PLC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GeniusBusController(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PLCI/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WINDOWSNT4.0,运行的监控软件为基于WINDOWSNT的CIMPLICITYServer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PLC9030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GEFanuc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。

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