淺談動(dòng)力設(shè)備壓縮空氣系統(tǒng)的集成控制

魏廣敬 辛庚嘉 唐子文 王繼收

摘要：冶金行業(yè)是講究高效率的高耗能行業(yè)，在冶金過(guò)程中能源介質(zhì)穩(wěn)定、安全的供應(yīng)是保證正常生產(chǎn)的必要條件。能源管控中的動(dòng)力體系主要負(fù)責(zé)為全廠提供水、電、氣、汽等，本課題以壓縮空氣系統(tǒng)為研究對(duì)象，面對(duì)冶煉工藝對(duì)壓縮空氣穩(wěn)定性要求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、設(shè)備自動(dòng)啟停、循環(huán)周期等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的設(shè)置、控制與監(jiān)控，使整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的工藝要求、技術(shù)參數(shù)均可由生產(chǎn)調(diào)度下傳到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)也可將生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)提交管理層，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序?qū)崟r(shí)監(jiān)控和管理，提高壓縮空氣系統(tǒng)生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度對(duì)于能源管控意義重大。

關(guān)鍵詞：銅冶煉;動(dòng)力設(shè)備;壓縮空氣系統(tǒng);集成控制

1 集成控制的特點(diǎn)及研究?jī)?nèi)容

動(dòng)力車間壓縮空氣系統(tǒng)包含設(shè)備較多、信號(hào)繁雜，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，僅僅依靠人員監(jiān)控眾多工藝參數(shù)的變化，絕對(duì)不可能做到壓縮空氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須通過(guò)有效的智能監(jiān)控系統(tǒng)才能使空氣壓縮系統(tǒng)安全、穩(wěn)定為全廠供應(yīng)壓縮空氣。通過(guò)選定壓縮空氣設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)設(shè)備及與調(diào)度室監(jiān)控設(shè)備，然后進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、設(shè)備自動(dòng)啟停、循環(huán)周期等關(guān)鍵工藝要求，使整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的工藝要求、技術(shù)參數(shù)均可由生產(chǎn)調(diào)度下傳到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)也可將生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)提交管理層，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序?qū)崟r(shí)監(jiān)控和管理。

2 動(dòng)力中心壓縮空氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1壓縮空氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

壓縮空氣系統(tǒng)是指由供氣端至用氣端的設(shè)備及管道的總稱。主要由壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、預(yù)旋器、壓力開關(guān)、單向閥、儲(chǔ)氣罐、自動(dòng)排水器、安全閥等組成，但由于單機(jī)控制，現(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)量較多，日常巡檢無(wú)法做到實(shí)時(shí)管控調(diào)配，亟需優(yōu)化！

目前動(dòng)力中心由0.85MPa和1.4MPa兩種壓縮空氣系統(tǒng)，0.85MPa壓縮空氣系統(tǒng)配置有離心空壓機(jī)5臺(tái)，干燥機(jī)2臺(tái)。一方面由空壓機(jī)排氣經(jīng)過(guò)干燥機(jī)后直接進(jìn)入干燥氣管網(wǎng)，提供干燥壓縮空氣，另一方面排氣經(jīng)過(guò)干燥機(jī)后通過(guò)壓縮氣儲(chǔ)罐進(jìn)入儀表氣管網(wǎng)，提供儀表壓縮空氣。1.4MPa壓縮氣系統(tǒng)配置有螺桿空壓機(jī)2臺(tái)，干燥機(jī)2臺(tái)。其經(jīng)過(guò)干燥機(jī)后送入管網(wǎng)，為用戶提供干燥壓縮空氣;另有一臺(tái)螺桿機(jī)為事故應(yīng)急，停電等突發(fā)事件中確保1.4Mpa儀表氣供應(yīng)。

2.2 兩種空氣壓縮機(jī)的機(jī)械原理及特點(diǎn)

離心式空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：離心式空氣壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠;離心式空氣壓縮機(jī)主要構(gòu)件、空氣動(dòng)力部分、級(jí)間冷卻器、整體傳動(dòng)裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)和操作控件的制造都能夠保證提供可靠的性能;在壓縮空氣氣道中，離心式空氣壓縮機(jī)沒(méi)有任何需潤(rùn)滑部件;離心式空氣壓縮機(jī)精確平衡的撓性碟片式聯(lián)軸器，將振動(dòng)降至最低，并且不需要聯(lián)接器潤(rùn)滑油，也可以提供其他聯(lián)接方法;離心式空氣壓縮機(jī)緊湊的成套底座，將框架、中間冷卻器和潤(rùn)滑油箱集成在一起，從而具有出色的扭轉(zhuǎn)剛度。

螺桿式空氣壓縮機(jī)采用高容量壓縮組件，其轉(zhuǎn)子外圓速度低而且達(dá)到最佳注油，實(shí)現(xiàn)了高效率、高可靠性。通過(guò)高效傳動(dòng)系統(tǒng)以適合用途的最佳速度驅(qū)動(dòng)壓縮組件。正常操作期間完全無(wú)需維護(hù)。具有免維護(hù)、高度可靠和高效率的優(yōu)點(diǎn)。

3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

把壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器將儲(chǔ)氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PID智能調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力。以離心式空氣壓縮機(jī)為例，現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)以開關(guān)量輸入為主，輸入輸出總點(diǎn)數(shù)小于16，又因?yàn)槔^電器輸出模塊具有價(jià)格低，使用電壓范圍廣等特點(diǎn)，故選用繼電器輸出模塊。綜合以上及該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可知該系統(tǒng)采用8點(diǎn)輸入、8點(diǎn)輸出、繼電器輸出的西門子公司的S7-300PLC即可滿足要求。

3.2 控制系統(tǒng)程序框架

在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)出氣口壓力，在用戶使用氣流量不大時(shí)，空壓機(jī)應(yīng)該減小負(fù)載，使貯氣罐中的壓縮空氣壓力維持在穩(wěn)定水平，在用戶使用壓縮空氣流量突然增加的時(shí)候，空壓機(jī)應(yīng)該能夠加大負(fù)載，以保證用戶的需求?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)核心即處理器Logix5550通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接控制電磁閥、主電機(jī)、自動(dòng)排水閥、進(jìn)氣葉輪等電機(jī)和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)壓縮空氣，是整個(gè)控制部分的底層處理模塊。具體程序是根據(jù)生產(chǎn)工藝結(jié)合機(jī)械設(shè)備來(lái)編制的，它主要負(fù)責(zé)控制電氣設(shè)備的運(yùn)行，需要將生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行輸入輸出定義，并分別對(duì)各個(gè)工作站的I/O模塊進(jìn)行分配。

3.4故障信息反饋

壓縮空氣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，運(yùn)行中難免產(chǎn)生各種電氣故障，需要現(xiàn)場(chǎng)操作人員快速解決，這樣報(bào)警信息必須要完善。報(bào)警信息分為多種，包括系統(tǒng)報(bào)警、溫度報(bào)警、動(dòng)作條件不滿足報(bào)警等，必須將所應(yīng)用的控制系統(tǒng)包括ControlLogix系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、變頻器、工作站等進(jìn)行歸類和提取，以第一時(shí)間顯示在調(diào)度室的監(jiān)控畫面里。

3.5總體驗(yàn)證

整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為兩部分，一部分是下位機(jī)對(duì)空壓機(jī)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制和數(shù)據(jù)傳輸程序，另一部分是下位機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信的通訊軟件。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，按整體功能分成多個(gè)的模塊，單獨(dú)設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試，然后將各模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)壓縮空氣生產(chǎn)的工藝需要，控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)滿足：1.控制系統(tǒng)軟件應(yīng)能完成對(duì)空壓機(jī)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制，包括對(duì)控制面板、限位開關(guān)等開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，輸出能夠準(zhǔn)確可靠的控制電機(jī)，電磁閥的啟停。2.控制系統(tǒng)軟件應(yīng)能完成上＼下位機(jī)的通訊，采集下位機(jī)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)打印報(bào)表等管理功能。設(shè)備的程序控制方式實(shí)現(xiàn)循環(huán)（自動(dòng)）、手動(dòng)、維護(hù)三種操作方式。

結(jié)論

采用ControlLogix PLC設(shè)備，對(duì)動(dòng)力車間空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行DCS系統(tǒng)控制，對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)中包含的設(shè)備的各個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)變送器將4～20mA的模擬量送出，系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量顯示在監(jiān)控畫面上。采用DCS控制壓縮空氣系統(tǒng)，大幅減少了設(shè)備管控成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也節(jié)省了控制機(jī)柜的空間。提高了實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備的操作性能，在維護(hù)階段有出眾的診斷性能，減少了停機(jī)時(shí)間。全面提升了動(dòng)力壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的管理管控水平。

參考文獻(xiàn)

[1]錢曉龍，趙強(qiáng)，李成.ControlLogix系統(tǒng)組態(tài)與編程——現(xiàn)代控制工程設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2013

[2]胡小飛.面向空氣壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].上海工程技術(shù)大學(xué).