离心式压缩机控制系统改造

2019-09-10关智史博文王春晖

今日自动化 2019年3期

关键词：改造控制系统

关智　史博文　王春晖

摘要：离心式压缩机在不使用PLC的情况下，大幅度的启动电流会使得离心式压缩机的电源电压出现上下波动，使得电力机械设备磨损加重，进而减少设备的工作寿命。基于此，文中对离心式压缩机控制系统进行了改造。

关键词：离心式压缩机;控制系统;改造

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）03-0014-02

0引言

对于离心式压缩机而言，其電机的运行功率较大，在电机运行时通常是瞬间加载和卸载的工作方式，且离心式压缩机在启动瞬间也需要较大的电流。

1离心式压缩机PLC改造技术

传统的离心式压缩机在使用时，其中的拖动电机无法对自身进行速度调节，也不能自动通过压力和流量的变动，完成降速和输出功率的配对工作，所以尽管离心式压缩机不会频繁启动，但在用气量少时，离心式压缩机依然要保持运行状态，这样往往会浪费很多电力资源。因此，对离心式压缩机节能改造的必要性极大。

1.1PLC节能原理

由上述的实验数据可以了解到，在离心式压缩机节能改造中，PLC的使用有着非常显著的作用。PLC是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在离心式压缩机节能改造中，PLC.能够使离心式压缩机的电机轻启轻停，极大的减小了机械的磨损，延长机械设备的使用周期;同时，PLC还能够使离心式压缩机的运行频率发生可控性的改变，使得电机的运行频率能够根据离心式压缩机的用气量的多少自动进行调节，在电机运行功率降低的同时减少电力资源的浪费中。

1.2离心式压缩机PLC改造的意义

经过调查研究发现，一个普通的工业制造企业离心式压缩机的成本的重要组成部分是其用电成本，不难看出，其离心式压缩机在节能方面存在很大的漏洞，对于工业制造大国的中国而言，节约成本，减少能耗迫在眉睫，由上面PLC的节能原理可以知道，使用PLC的对增加离心式压缩机的灵敏度和延长离心式压缩机的使用周期、减少企业的运营成本，增加企业在电力行业的核心竞争力都具有重要意义。

1.3改造和控制过程

由于该技术改造是在原拖动系统的基础上进行改造的技术，因此能够根据选用电动机的容量和转速对PLC的型号和类型，同时还要结合PLC的性能、价格和安全性能进行选择。选择一台离心式压缩机，用PLC来控制电动机的运行转速，是通过减少离心式压缩机电机的频繁启动和运行来达到节能的目的，即在供气压力上升时，电动机的运行速度下降，供气压力下降时，电动机的运行速度上升。

2PLC在压缩机控制系统改造中的运用

某离心式压缩机控制系统为SIEMENSS7-400PLC系统。通过近几年的使用，存在如下问题：

（1）操作站为触摸屏，工艺反映操作十分不方便，不利于操作人员监控。

（2）无历史趋势记录，报警信息不完善，发生停车或设备故障后原因分析困难。

（3）组态程序加密，不利于问题排查和改造，维护困难。控制系统接入Delta VDCS的优点如下：①通过DCS系统可以加强对测量信号的管理、监视，便于及时发现、处理故障。②可完善历史及事件记录，利于故障分析。③工艺监控方便，操作熟练。④维护技术成熟，便于改造和逻辑完善。⑤DCS备件通用，可减少备件储备。

由此可见，将PK401循环气压缩机控制系统引入现有的DeltaVDCS系统后有利于装置的生产操作和检维修，可以更好地保证装置的长周期平稳运行。

2.1主要施工内容

2.1.1原系统点数统计

改造过程中，原有PK401机柜内接线不做改变，直接将进系统侧的接线拆除，通过增加柜间接线，将I/0点信号引入现有DCS系统的P_CL05柜中。

原系统中共有178点。其中模拟量输入（AI）42点，主要是压缩机和主电机的振动、位移、油系统和温度监测信号，其余为工艺条件参数监测，改造中都通过P+F安全栅隔离后进入DCS系统。模拟量输出（AO）7点，主要是压缩机密封气和入口导叶阀的控制。数字量输入（DI）32点，主要为现场操作盘和外围工艺系统监测信号，数字量输出（DO）97点，主要为压缩机、主电机和油泵控制信号，其中送现场操作盘指示灯有83点21。

2.1.2DCS系统新增卡件

DCS系统内新增的178点中，为确保系统工作稳定可靠，所有AI、A0卡件均选用DeltaV冗余卡件，新增卡件通过8倍宽I/0接口底板和扩展电缆连接卡及其扩展电缆接入现有DCS系统。

2.3逻辑组态

DCS系统中主要逻辑有：

（1）入口导叶阀控制;

（2）润滑油泵启动及互启控制;

（3）油系统电加热器控制;

（4）联锁逻辑组态;

（5）主电机启停控制。

2.3.1入口导叶阀控制

入口导叶阀控制按原系统采用手动控制，在流程图画面中设置了手动增加、减少按钮来控制入口导叶阀的开度，从而控制压缩机的负荷。此处未采用DCS系统中的面板控制方式而采用原有的按钮控制的原因是压缩机入口导叶开度不允许有过快，过大调节，否则会影响机组运行。根据工艺生产的实际需求，此次改造中特地设计了4个按钮，其中2个快增、快减按钮（+5%/-5%），2个慢增、慢减按钮（+1%/-1%）。

2.3.2润滑油泵启动及互启控制

润滑油泵控制采用现场启动方式，2台润滑油泵中A泵为主油泵，B泵为备用油泵。正常开启时先开A油泵，B油泵通过DCS内的软按钮选择为自动模式，当压缩机油系统监测到油系统压力低时会自动启动B油泵来保证压缩机的正常工作。如果在启动油泵时首先开启B油泵，无论B泵在什么模式上，只要系统监测到油系统压力低，A泵都会自动启动。需要特别说明的是一旦压缩机发生停车，为为保护压缩机，在压缩机停车后的10min内油泵是不允许停止的，因此在逻辑组态时需要特别注意组态中10min内使停车按钮失效。

2.3.3油系统电加热器控制

油系统电加热控制采用现场温控器监测，DCS内逻辑组态实现温度自动控制功能。现场操作盘上如果将油加热器控制选择为0N（允许自动控制），则在油箱液位不低的条件下，现场温度低于设定值，则油加热器将自动启动，高于设定值后自动停止加热。

2.3.4联锁逻辑组态

原逻辑：联锁停车逻辑除润滑油油压低低联锁为二取二之外，其余均为单点联锁。

改造后：为了避免误动作造成停车：

（1）在联锁停车逻辑中增加了2s输出延时;

（2）去除电气故障停车条件。同时对以下2处进行了

三选二改造：①主电机绕组温度高高联锁三选二改造;②压缩机止推轴承座内侧温度高联锁进行三选二改造。需要特备说明的是主电机、压缩机的轴振动和轴位移联锁均是在压缩机运行起来30s后才投用的，因为在压缩机启动时轴振动和轴位移变化均会很大，极易触发到联锁，因此在运行30s后才投用这些联锁。

2.3.5主电机启停控制

原逻辑：启动条件包含远程启动和就地启动两种方式;停车条件中主电机运行信号丢失将触发停车。根据工艺实际操作要求，去除远程启动功能，同时在DCS中增加一个主电机允许启动软按钮;为了避免误动作造成停车，去除无运行信号导致停车的条件。

需要特别说明的是压缩机停车后10min之内不允许再次启动，因此在逻辑组态中需要设计10min的怠机时间，同时要在停车后立刻让入口导叶阀电磁阀失电10min，保证入口导叶阀在这10min内处于关闭状态，从而使压缩机在停车后有充足的惰转时间，起到保护压缩机的作用（3]。

3结束语