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1、空分膨胀机控制系统改造技术方案二零一零年二月、系统概述、结构及规模1.1 系统概述本系统为1#6000空分膨胀机组改造工程仪控系统部分。仪控系统在就地设一仪表柜，将机组出入口温度、压力以及膨胀机转速等仪表集中安装在就地仪表柜 上，就地仪表柜安装在膨胀机组附近，采用引压管和仪表电缆将压力、温度和转速信号引至仪表柜上，实 现对膨胀机系统的就地监视与控制。仪控系统采用一套西门子S7-300PLC可编程控制器和一套操作员站组 成远程控制系统，安装在客户的中央控制室内，实现对膨胀机系统的远程监视与控制。1.2 系统结构 系统结构示意图见附图MPI膨膨；K压压密润膨压膨喷胀Ifll胀缩缩封滑胀缩胀嘴机机机
2、tf1XII PXI tj气袖i-ik端端机调人II;人Hr入出压温轴轴转节口 压 力口 压 力口 温 度口 温口 温 度口 温 度力度承 温 度承 温 度速控 制1.3系统规模整个控制系统的输入/输出净点数见下表:现。控制系统确保能有效地监控膨胀机机组的运行过程，确保运行可靠，操作维护方便，选用可编程逻辑器（PLC站）和远程控制站相结合的原则。控制系统充分应用信号处理技 术、网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制 算法，全面提高了控制系统的功能和性能，集成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的控制系统。实现 装置的实时数据采集、实时流
3、程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数 据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能。系统融合标准化的软、硬件接口，能方 便地接入最先进的现场总线设备和第三方集散控制系统、逻辑控制器等。远程控制站在WIND0WS2000台下工作，管理监控软件选用SIEMENS八司WINCC6.0软 件，它是一个 先进的工业自动化软件包，集成最新SIEMEN镂司技术，运行于开放的操作平台（Windows XP SP2），不仅具有对自动化、过程进行有效监视控制的所有特点和功能，而且有强大的 设计开放性、互通性、易维护性，还可以通过OPCffi DDETJ式与第三方应用程序交
4、换数据。2.1 远程控制站配置远程控制站按一站配置，配21”标准液晶监视器一台，主机一台DELL755MT （PC电脑CPU类型：Intel酷睿2双核E7300 2. 66GHz;标称频率：2. 66GHz;内存类型：DDR姑存内存容量：2GB硬盘容 量：250GK光驱类型：DVD-ROMS作系统Windows XP中文专业版SP2）。系统配报警音响一对；A4 HP LaserJet P1007 激光打印机一台。2.2 编程组态软件功能PLC编程软件采用SIEMEN宓司的STEP7V5.4软件。该软件符合IEC 61131-3标准的编程。建立过程 I/O点、过程点的量程及报警限定、动态流程图、
5、组显示、控制回路、趋势笔组态；建立实时和历史数据库； 报表生成软件；建立报表、程序编辑和编译；创建控制回路、顺序及逻辑控制以及高级控制策略。该软件具 有如下功能： 五种标准的标称语言功能块（FBD指令表（Ll ）梯形图（LD）结构文化文本（ST） 顺序功能图 （SFQ 连续功能图 （CF。 用语程序测试的调试的功能：单步执行单循环-断点离线仿真IEC 61131-3标准下的指令可在没有连接PLC硬件的情况下进行仿真，对用户程序进行调试，包括相关的各种功能。程序调试后再下载到PLC控制系统中使用。变量跟踪跟踪变量变化时序图，带事件触发的环形缓冲区的数据存储，可在线实时地监视所有 过程变量随时间
6、变化的情况。配方管理和监视列表 可显示所选变量的值，预置分配立刻给要下载到控制系统的所有变量，系统中运行的值可以通过读到 监视列表和配方管理器中并保存在系统内存里，可在调试时调用。可视化功能结合WINCC60监控软件可以把PLC里的各种变量通过颜色的变化、元件的移动、位图、文本显示， 允许设定值输入和显示过程变量，有动态棒图、报警和事件管理和ActiveX插件多种功能。23画面显示功能工控组态软件WinCC （视窗控制中心），为西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司软 件功能结合的产物，是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理系统。利用WinCC可根据膨胀机工艺要求与控制内容，完
7、成工艺流程图、报警指示图等功能模块的设计，并将所有 的压力、温度、流量、转速等信号在计算机上以动态图形显示。系统的各种控制参数、工艺参数及生成的 数据库均可自动存储，实时查询，同时定时报表打印WinCC提供多种PLC的驱动软件，因此使PLC与上位机的联接变得非常方便，女口果将WinCC与STEP7合用，更 是大幅度降低工程设计及投运时间。远程控制站应支持以下几类画面：1 ）菜单画面2 ）流程图画面3 ）回路参数画面4 ）趋势曲线画面秒级趋势和分钟趋势分别不少于 128笔和1024笔，记录长度分别不少于30天和300 天,且可长期保存。5 ）报警汇总画面包括全部的报警点，并按时间顺序列出最近的五
8、百条报警信息，包括仪表编号，报警内容，开始和恢复正常的日期和时间。未经确认的报警点则处于闪烁状态。6 ）操作信息画面7 ）系统状态和诊断画面2.4报警功能 报警分为系统故障报警（包括诊断报警和后备硬件故障报警）和工艺过程报警（绝对 值报警、偏差报 警）两类。无论当时屏幕上是任何画面，系统对任一报警都应该声响和突出显示（闪烁、颜色改变等）方式 通知操作员，并且只要一次击键即可跳出有关画面。报警可以有操作员分别抑制，或者按相关报警组分组抑 制。2.5报表功能 报表生成软件应可建立和修改报表，并可以对报表的各个字段进行组态。系统应能生成以下报表：1 ）即时报表2 ）定期报表3 ）报警汇总报表2.6操
9、作安全 系统设计有操作员记名和口令询问措施，并将其操作开始和结束时间、操作动作记录 下来存档。系统 通过软件或口令来设置和区分操作级别。2.7 PLC 站PLC站为SIEMEN然司的可编程控制器（PLC） S7-300，采用模块化设计，在一块机架底板上可安 装电源、CPU I/O模板、通信处理器CP等模块。具有多处理器结构、事实性强，能完成过程的数据采 集、连续控制、逻辑控制、顺序控制和流量积算以及各种复杂调节，各种阀门的开关、各种机泵的启停等 顺序控制，各种设备运行状态的监视及联锁保护等。可以接受来自现场的AI、AQ DI、DO RT*形式的信 号。系统能处理以下输入/输出信号：1）4-20
10、 mA DC 模拟量输入（既能向二线制变送器供电，并能接收外来的4-20 mA DC）。2）PT100热电阻输入3）数字量输入为确保系统安全，所有数字量输入均需加中间继电器进行隔离。4）数字量输出所有数字量输出均需配中间继电器，使输出可以直接驱动现场设备。5）4-20 mA DC 模拟量输出远程控制站对所有输入输出的标准扫描周期不等于Is ,快速扫描周期不大于500ms-2.8 通讯SIEMENS S7的网络有以下几种典型类型：多点接口网络（MPI）、PROFIBU觎场总线、工业以太 网、TCP/IP协议网络4,5。在该技术方案中，我们主要利用MPI和PROFIBUS!场总线实现数据通 信。S
11、7-300 CPU模块上有一标准化MPI接口，该接口既是编程接口又是数据通信接口，使用S7协议，通过此接口 PLC之间、或与上位计算机之间可进行数据传输，从而构成MPI网络。PROFIBUS1场总线 通信处理器CP模块上有一个RS485接口，利用此接口即可构成PROFIBU觎场总线，实现PLC之间、PLC与上位计算机之间的数据通信。计算机作为编程装置，配备专用的通信卡（如 CP5412）,运行S7-300编程软件包STEP7,先对计算机进行相应参数设置，主要有：通信端口的设置，MPI地址设定，数据传输速率设置等； 然后通过MPI端口对S7-300进行硬件组态，即对S7-300的机架、电源、CP
12、U信号模件、通信处理器CP 等按其实际配置类型和物理地址进行组态，其中在CPU勺组态中设置MPI地址，最后将组态程序下载到PLC以确认。依次完成各PLC的组态 后，便构建了 MPI网络。在此基础上，将各PLC的通信端口由MPI 口切换到通信处理器CP的RS485 口。设定各节点的通信 地址，选择相应的PROFIBUS!信协议，即便可构建PROFIBU觎场总线。三、就地仪表柜就地仪表柜实现对膨胀机系统的就地监视与控制。就地仪表柜安装在膨胀机组附近，柜体为非标柜，采用1. 5mm冷轧钢板制作。就地仪表柜上的压力参数采用压力表进行监视，需远传的压力信号（润滑油压 力和密封气进机组压力）采用电接点压力
13、表将开关量传至控制室PLC系统，实现报警与联锁；也可以根据 用户要求采用压力变送器将模拟量传送至PLC系统进行监视、控制与报警。就地柜上的温度显示采用双支钻热电阻，一组进PLC, 一组引到仪表柜采用数显表进行显示。膨胀机转速在就地仪表柜上设一转速表，先将转速信号引至转速表上， 在通过转速表将4-20mA模拟量送至PLC系统参与控制、联锁和报警。就地仪表柜上的参数有：膨胀机入口压力、膨胀机出口压力、压缩端入口压力、压缩端出口压力、润滑 油进轴承压力、密封气进机组压力、膨胀端轴承温度、增压端轴承温度和膨胀机转速。四、主要控制要求4.1紧急切断阀控制 在膨胀机进口处设置了一个紧急切断阀，当机组处于危
14、险状态时，根据各危险点发出的联锁信号，此阀 能在很短时间（约2秒）内关闭，从而切断气源，使其快速停车，起到安全保护作用。4.2 增压机回流阀控制(1) 压力调节：根据流程的要求，一般希望增压机出口压力保持恒定，阀的开大或关小，可使压力降低 或升高，该阀在控制系统PID 自动控制下达到压力恒定的目的。(2) 防喘振：增压机在一定的进口流量和转速下，当进口流量小到一定数值时，机器会发生喘振，此时 压力会大幅度波动，并发出强烈的“喘气”声音和振动，将引起机器损 坏，为防止这种情况出现，该阀会在 出口流量小到一定数值时自动打开。所给定的防喘振 流量是根据出口压力，出口温度，转速均为额定值的情 况，当这些条件不同时，对防喘振 流量值应予修正。(3) 开大回流阀：可增加增压机的负荷使膨胀机减速。4.3 润滑油油泵控制根据用户要求，可将膨胀机润滑油泵起停控制接入PLC,在控制室实现润滑油泵的远程控制与联锁，并将油泵的联锁逻辑做进 PLC 系统，实现主辅油泵自动切换与跟进。4.4 润滑油电加热器控制膨胀机润滑油需在适当的温度范围内性能最佳， 因此需对膨胀机润滑油进行温度控制。 将润滑油的温 度信号引至PLC系统，通过PLC系统对润滑油电加热器进行控制，实现对润滑油温度的可靠有效调节。五、一次元件选型5.1 新增压
