PLC在双螺杆压缩机控制系统中的应用.pdf

过程控制 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，4 3 4 AU ToM ATI ON I N PETRO CHEM I CAL I NDU S TRY P L C在双螺杆压缩机 控制 系统 中的应用 侯伟 中国石 油化工股份有 限公 司 齐鲁分公 司腈 纶厂 ， 山东 淄博2 5 5 0 6 8 摘 要 根据操作人员的操作经验和对现场操作步骤的归纳分析 ， 并且结合设备实际情 况和前期不 同方案运行时所出现的 问题 ， 利用 P L c上位机对双螺杆压缩机控 制系统进行改造升级 。该方案实施表明 ， 操作更加快捷 合理 ， 实时数据显示 记录方 便直观， 压缩机运行更加安全稳定 。 关 键 词 双螺杆压缩机 ； 可编程控 制器 ； 开关量控制 中图分类号 T P 2 7 1 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 8 0 4 0 0 3 4 0 3 The Ap pl i c a t i o n o f PLC i n t he Do u bl e S c r e w Ro d Co mp r e s s o r Co n t r o l S y s t e m H O U W e i S i n o p e c Qi l u ACN Fi b e r P l a n t ，Z i b o ，2 5 5 0 6 8 ，Ch i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t he op e r a t i o n e x pe r i m e nt ， a n a l ys i s of o pe r a t i o n s t e ps ， t he r e a l s i t u a t i o n o f e q ui p m e nt ，pr a c t i c a l s i t u a t i on a n d p r ob l e m s o c c ur r e d whe n d i f e r e nt s c h e me ha s be e n c a r r i e d o ut i n f r o nt p ha s e ．The c o nt r o l s ys t e m f o r t h e d ou bl e s c r e w r o d c o mpr e s s or ha s be e n r e f o r me d ut i l i z e d PLC a n d up po s i t i o n c o mput e r ． The r e s u l t i s t h a t t h e o p e r a t i o n b e c ome mo r e f as t a n d r e a s on a bl e ． r e a l t i m e d a t a i s r e c o r d e d mor e c o nv e ni e nt ，c o mpr e s s or o pe r a t e d mo r e s a f e l y a nd s t a b l e ． Ke y wo r d sdo u bl e s c r e w r o d c o m p r e s s o r；PLC；d i g i t a 1 c o nt r o 1 1 引 言 螺杆 制冷 压缩 机是 一种 容积 型的 、 可 以进 行排 气量调节 的喷油回转机械， 它利用置于机体内两个 具有螺旋状齿槽的螺杆相互啮合旋转， 造成齿间容 积变化 ， 从而完成氟利昂气体 的吸入、 压缩和排 出 三个 过程 。制 冷 机 利 用 制 冷 剂 R 2 2 在 系 统 中 的 状态变化 ， 即高压下放热冷凝 ， 低压下吸热蒸发 的 特点 ， 在蒸发器中吸热蒸 发的过程中， 带走冷冻盐 水 2 5 乙二醇水溶液 的热量 ， 从而使冷冻盐水温 度降低， 来供应合格的低温水 ， 外送供工艺使用 。 2 压缩机 控 制 系统现状 早期 的双螺杆压缩机上所安装的仪表全部在 现场仪表箱 内， 无远传仪表， 基本靠人工现场操作。 通过现场的压力开关 、 差压开关和温度开关与电气 控 制柜 相配 合口 ] ， 来控 制压 缩机 的启 动 、 停 车操 作 。 而温度 、 压力 、 差压开关和电气的接触器、 时间继电 器相互配合来实现压缩机的 自动保护联锁功能 ， 保 障压缩 机平 稳 安 全 运 行 ， 开 关 动 作 联 锁 继 电 器 动 作 ， 切 断 电机 电源 。压 缩机 负荷 调节 是用 手动能 量 控制 阀 四通 阀 现 场 调节 ， 并 通 过观察 螺 杆位置 来 判断 压缩 机负 荷 的 大小 ， 从 而实 现 增 减 载 操 作 ， 以 满足 工艺 需求 。 此种 控制 状况 缺陷 是显 而易 见 的 。首 先 ， 操 作 人员无法详细 了解压缩机的具体运行情况 。其次， 此类仪表稳定性较差 ， 精度也较低 ， 逐渐会成为设 备安 全 运行 的隐患 。 3 控制 系统 设计 3 ． 1 自控设计 思 路 确定的控制方案L 2 ] 现场采用远传仪表， 用压 力变送器 、 热电阻替换原来 的压力 、 差压开关 、 温度 开关和现场温度计 ， 实现数据远传 ， 提高测量精度 ； 控制部分采用 P L C上位机 ， 利用 P L C强大的逻 辑控制和上位机的记 录分析功能， 画面友好直观 ， 实现数据集 中显示操作 ， 完善机组安全联锁保护功 能， 提高操作控制性能 。既保障机组安全运行 ， 又 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 1 8 。 作者简介 侯伟 1 9 6 7 ～ ， 男 ， 河南滑县人 ， 工 作于中 国石化股 份有限公 司齐鲁分公 司腈纶厂， 任工程师， 长期从事现场仪表维护和 化工控制方案应用研究 ， E X S， P L C优化控制理论及应用工作。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 侯伟． P I C在双螺杆压缩机控制系统 中的应用 能 够使操 作人 员详 细 了解机 组 的运行 状况 ， 改 变 以 前 摸 不着 、 看 不 见 的操 作 方 式 。 同时 ， 为 了现场 操 作 方便 ， 增 加 现场 操 作 盘 并完 善其 操 作 功 能 ， 增 加 现场 按钮 和指 示灯 ， 实 现现场 手 动／ 自动切 换 、 现场 手 动增减 载操 作 、 现场屏 蔽 急停 等多 项功 能 。现场 仪 表和操 作 盘设计 方案 如下 。 用压 力变 送器 替换 原来 的测 量控 制 开关 ， 并 通 过计 算实 现差 压 的测量 。用 热 电阻替 换温 度开 关 ， 并增 加两 处 温度测 量 ， 实现 负荷 自动 调节 功能 和联 锁保 护功 能 。用 4台 电磁 阀替代 原来 手动 四通 阀 ， 用 以实现 机组 保 护 和 压 缩 机负 荷 自动 调 节 。增 加 2台供液电磁 阀和 2台旁路电磁阀 ， 用于停车保护 和 开车准 备 。现场 操作 盘增 加开 ／ 停压 缩 机 、 开 ／ 停 油泵 、 自动／ 手动切换、 上载／ 卸载 、 屏蔽 、 消音、 急停 等按 钮和 报警指 示 灯 。增 加循 环水 、 冷 冻盐 水流 量 开关 ， 保 障系统正常运行。增加角位移传感器， 测 量压缩机滑阀位置 可代表压缩机负荷大小 ， 保护 机组 安全 。增加 动力 电机电 流转换 器 ， 作 为压缩 机 负荷大小的参考 。控制方案如图 l 所示 。 油水分离器 油分 温度 循 亡 油冷却器 冷冻盐水 出水温度 循环水流 冷凝器 量 关 蒸发器 日 A／ B 排气温度 精滤器 循环水 循环水 回 水温度 器 力A ／ B 阀 ／ C 。 图 l 控 制 方案 仪 表选 型 以压 缩 机组安 全 为第 一原． lj C ， 应 注 意 以下几 点 吸气 压 力 变 送 器 应 为 绝 对 压 力 变 送 器。精滤器前 、 喷油、 排气压力变送器量程可相 同。 循 环水 、 冷 冻 盐 水 流 量 开 关 宜 选 常 闭 型 或 接 常 闭 点 。供液 电磁 阀 A／ B应 为 电开 式 ， 而 旁 路 阀 A／ B 应为 电闭式 ， 全 部 为 先导 式 AC 2 2 0电磁 阀 。能 级 调节 电磁 阀全部 为 电开 式 。 3 ． 2 自动／ 手动 增减载 的 实现 压缩机滑阀的移动可以调节压缩机的吸气量， 从 而调节排气量 。滑阀的移 动是靠专 门设置的油 缸 、 油活 塞来 推动 的 。原 压缩 机调 整负 载是 靠 四通 阀 实现 ， 调整 负载 时须 在现 场扳 动 四通 阀把 柄进行 增减 载操 作 ， 现用 4台 电磁 阀 电开 式 替 换 原 四通 阀 ， 连接 方式 及原 理如 图 2所示 。 来油管路 图 2增 、 减 载原 理 路 路 增 载 、 减 载时 4台电磁 阀 的开关顺 序 及控 制油 的流程 如下 。 增载 A／ C阀打开 ， B ／ D阀关闭。油路 来油 管 路 ～C 阀一增 载 管 路 一 压 缩 机 一卸 载 管 路 一A 阀一 回油管 路 。完成 增 载功 能 。 减 载 A／ C阀关 闭 ， B ／ D 阀打 开 。油 路 来 油 管 路 ～D 阀一 卸 载 管 路 一压 缩 机 一增 载 管 路～ B 阀一 回油管 路 。完成 减 载功 能 。 增减 载 操作 是 经 常 操作 的动 作 ， 为操 作 方 便 ， 增减 载操 作按 钮 在 现 场操 作 盘 和上 位 机 分 别设 置 相应 按钮 ， 现场盘 设置 手动 ／ 自动转 换开 关 。 3 ． 3机 组安 全保 护 系统 机 组 安 全 为设 计 时 首 要 考 虑 因素 ， 为 保 证 压 缩 机安 全 平 稳运 行 ， 结 合 压 缩 机 实 际运 行 工 艺 要 求 ， 机组应 设 置 以下 安 全保 护系 统 和 机组 报 警 系统 。 3 ． 3 ． 1 安全 联 锁保 护 系统 联 锁设 置 的是否 恰 当 ， 直 接关 系 到设备 能否 长 期 安稳 运行 ， 既 不 能 漏 掉重 要 的联 锁 ， 也 不 能 设 置 过多联锁 ， 否则都会影响生产正常运行 。 排气 压力 高联 锁 。检 测压 缩机 排气 压力 ， 当排 气压力高于设定值时压缩机 自动联锁停车。 吸气压力低联锁 。当压缩机吸气压力低 于设 定值时， 联锁停车 ， 以保护机组不受损坏 。 喷油 F 气压 差低 联 锁 。喷 油 压力 应 比排 气 压 力 高 0 ． 1 4 7 ～ 0 ． 2 9 MP a ， 以保 证 轴 承 、 轴封 的润 滑 及正常喷油。当差值 低于规 定值时， 机组 自动停 车 ， 以保 护机组 不受 损坏 。 澎 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化 工 自动化 2 0 0 8正 精滤 器静 碛 油压 差 高联 锁 。当 压差 高 于设 定 值时， 表明精滤器阻力过大， 油路不通畅 ， 自动联锁 停车， 应清洗精滤器 ， 保证油路清洁 ， 以保护机组不 受损 坏 。 油水分离器最低允许开车温度必须高于设定 值才允许 开车 ， 以保障机组能正常运行 。 冷 冻盐水 和循 环水 断水 联锁 ， 保 护 蒸发器 和机 组不受损坏 。还有排气温度过高联锁 ； 冷冻盐水出 水 温度 过低 联锁 。 3 ． 3 ． 2 机组报警系统 机组报警系统设置了包含排气压力高、 吸气压 力低 、 油压差低、 能级上下 限保护等 1 6项报警信 息 ， 必要 时增 加 油 泵 电 机 和 动 力 电机 电 流 过 流 报 警 ， 对 设备 运行 的 主 要参 数 能 够 做 到及 时 的 预 报 ， 提醒人员对存在问题及时处理 ， 以防止设备故障停 机和事 故发 生 。 3 ． 4 运算 设计及 逻辑 3 ． 4 ． 1 能级 自控 运算设 计 压 缩 机 的 负 荷 调 节 是 靠 4台 电 磁 阀 开 关 实 现 的。由 P L C输 出 DO信号控制 ， 2台电磁 阀一 组 ， 用 油来 驱 动 滑 阀 ， 滑 阀 的 移 动 可 以调 节 压 缩 机 的 吸气 量 和 排 气 量 的 变 化 ， 从 而 实 现 负 荷 调 节 。传统 的 P I D调 节无 法 适 用于 该设 备 ， 首先 应 以压 缩 机 安 全 为 主 ， 防 止 压 缩 机 负 载 过 大 地 变 动 ， 再 兼 顾 到 工 艺 对 冷 冻 盐 水 温 度 的 要 求 ， 制 定 出分 段 式 自动 调 节 方 案 以冷 冻 盐 水 温 度 为 被 控 变 量 ， 电 磁 阀 的 开 关 时 间 和 间 隔 时 间 为 操 纵变量 ， 并参 考压缩机 滑阀所处 的位置 ， 对 两组 电磁 阀分 别 设 置 不 同的 开 、 停 间 隔 时 间段 。 具体设 置如下 。 方 案一 控 制 阀每 间 隔 1 0 0 S开启 一 次 ， 开启 时间 2 S ， 可 简 称 做 “ 大 幅度 调 整 ” 。方 案 二 控制 阀每 间隔 1 1 0 S ， 开启一 次 ， 开启 时 间 1 S ， 可简 称做 “ 小 幅 度 调 整 ” 。 当 负 荷 不 小 于 2 0 ， 且 不 大 于 8 0 ％时 ， 执行 方案 一 。当负 荷 小于 2 0 ， 或 者 大 于 8 0 时 ， 执行 控制 方案二 。 关 闭 间隔时 间源于 温度滞 后 时间 ， 可 以根 据现 场 实际情 况加 以调 整 ， 当压缩 机处 于手动 时不 适用 该方案 ， 操作人员根据生产情况 自行调整 。 3 ． 4 ． 2 联锁逻辑设计 联锁设 置 的是 否恰 当 ， 直接 关 系到设 备能 否长 期安稳运行 ， 既不能漏掉重要的联锁 ， 而危及到设 备 和人 员安全 ， 也 不 能 设 置 过 多联 锁 ， 而发 生 无 谓 的频繁停机 。联锁逻辑原理如图 3 所示。 图 3 联 锁逻 辑 原理 4 P L C及 上位机 设计 该控制系统对 P L C， 上 位机和组态软件无 特 别要求 ， 一般 的 P L C， 上 位机 和组态 软件 基本都 能胜任 ， 但组 态软件还 是推 荐性 能稳 定 、 功能较 为丰富的软件 。在 P L C和上位 机编程 时应注意 以下几 点 其 一 ， 模 拟 量 数 据 类 型设 置 恰 当 。 因 涉 及 到差 值 计 算 ， 且 该 差 值 为 联 锁 变 量 ， 防 止 差 值 瞬间出现负数而变成正数 ， 则不会 出现联锁停 车。涉及到联锁编程 时应 把安全放在 首位 ， 考虑 周全 ， 以实现全部功能为原则 ， 其次再追求程序 的 精炼 ， 切勿本末倒置。当负荷不 小于 9 8 或不大 于 2 ％时 ， 不 管此 时处 于 手 动 或 自动状 态 下 ， 增 减 载电磁阀都应该不动作 ， 以保护压缩机。其二 ， 负 荷应每周期判断一次 ， 以采取相应控制方案 ， 必要 时报警 指示 。组态画面中， 供液 阀、 旁路阀设 置手 动开关按钮 ， 方便开停 车使用。组态画面中， 重要 按钮 应 添加确 认功 能 。 5结束 语 压缩机经过试运行基本正常 ， 但在 自动控制时 出现 自控不稳 ， 能级波动较大， 容易超调 ， 最后对控 制方案一修改为 能级控制 阀开启 1 S ， 关闭1 2 0 S ； 控制方案二修改为 能级控制阀开启 0 ． 5 S ， 关闭 1 3 0 S ， 自动控制平稳 ， 基本满足生产要求 。 参 考 文 献 1 董天禄． 离心式／ 螺杆式制冷机 组及应 用． 北京 机械 工业出 版 社 ， 2 0 0 5 2 王骥 程 ， 祝 和 云． 化 工 过 程 控 制 工 程． 北 京 化 学 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 1 3 陆德 民， 张振基 ， 黄步余． 石 油化工 自动控 制设计 手册． 第 3版． 北 京 化 学 工 出 版社 ， 2 0 0 1 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m