空分系统增压机DCS控制系统的设计与实现

1、北极星电力招聘网HR.BJX.COM.CN空分系统增压机DCS控制系统的设计与实现摘 要：本文介绍了增压机DCS系统的硬件配置及其强大的Mesh网络结构，并对增压机设备的控制进行了阐述。莱芜钢铁集团60000m3/h空分系统增压机 是由西门子公司提供的带入口过滤器、中间冷却器和级后冷却器的四级离心式压缩机，由ABB高压电机驱动。增压机在空分系统的功能是将从分子筛出来的空气进 一步压缩，以达到工艺所需的压力。在增压机的第一段出口，经一级、二级压缩后的空气抽取一部分送往膨胀机增压端，剩余的空气则继续通过机组三级、四级的进 一步压缩后，送往高压换热器冷却后节流膨胀进下塔。增压机的辅助设备主要包括油箱

2、电加热器，辅助油泵和排油烟风扇。1 硬件配置DCS 系统采用美国FOXBORO公司推出的I/A Series控制系统，主要包括控制器、I/O 卡件、工程师站 1 台、操作站 3台、过程控制站1台、打印机 1 台。其中控制器与工程师站、操作站通过网关相连，操作站与打印机通过网关相连。控 制处理机FCP270。FCP270是一个可选的容错站，和与它相连的现场总线组件(FBM)一起可按组态好的控制方案对过程进行监控，它可实现连续 控制、梯形逻辑控制和顺序控制，完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。FCP通过串口连接FBM的底板，最多可串联4块底板，每块底板有8个FBM 槽位，FCP270最多可支

3、持32个FBM。现场总线组件FBM。FBM即I/O卡，它是现场信号转换部件，可将现场信号转换成计算机 信号。它又分为模拟信号和数字信号两种类型，可执行多种功能。每个模拟组件有8个输入输出通道，数字组件有16-32通道。数字现场总线组件可执行多种功 能，如事件序列监视、梯型逻辑控制和脉冲计数，所有现场信号与控制电子线路隔离，对模拟量输入/输出信号进行变压器耦合与光电双重隔离，且每路A/D和D /A转换独立，保证故障对系统影响最小。工程师站。工程师站为独立安装，装有系统软件和应用软件以及实时数据库、历史数据库等管理软件。实 现对空分系统控制组态、监控画面组态、历史及趋势数据的组态功能。按照应用操作

4、站处理机 AW 进行配置，具有应用处理机 AP 及操作站处理机 WP 的功能，作为 AP 承担网络上的服务器功能，同时作为 WP 提供人机接口。操作站。 操作站布置在控制室内，电源由 UPS 供电，实现操作人员监视和操作控制制机组设备功能。操作员的操作、工艺参数的报警由在线打印机自动记录并打印。除监控功能外，操作站还提供单个操作画面修改、软件的备份、参数修改功能。2 网络结构由 于传统的总线控制方式 传输速度缓慢，而且效率低下，只能够分享共同的故障区域，并且同一时间内只能有一个进行通话。这直接制约着生产过程中控制系统的可使用率，生产过程中一旦 出现控制网络故障即会造成无法对制氧设备的操作与监控

5、，造成制氧设备重大事故停车。因此，我厂切合生产需要构建了MESH网络。图1 Mesh网络结构简图Mesh 网络组建时需将工作站、控制处理器和I/O卡直接接入同一网络，所有各站均冗余以太网通讯;将电源系统、控制器、网络设备均进行冗余，能够实现无扰动切 换，便于故障检查和处理;现场总线采用FCP270控制器，使用FBI(现场总线隔离组件)进行信号和电器隔离;FBM经过FBI挂在总线上，它为控制处 理机和现场传感器/执行器提供接口，它们之间的通讯通过冗余的现场总线来完成。Mes网络组建的结构简图如图1所示。3 控制系统的实现增压机的控制画面包括增压机气路画面、增压机机器画面、增压机油站画面和增压机参

6、数监控4副画面，对增压机运转数据进行实时显示和报警。操作员通过这4副画面可以完成增压机机器、油站以及相关阀门的实时操控。增压机的启停控制。当工艺允许、机组允许和驱动允许三组条件同时满足方可启动增压机。在增压机启动的时候，防喘振阀要全部打开，一直保持到启动过程结束。同时，入口导叶需要关闭到最小位置，以保证电机无负荷启动。增压机停车分为工艺停车、机组停车、驱动停车和紧急停车四种。当上面有任一情况发生，都会造成增压机故障停机。所有故障都排除后，需在画面上按下“跳车复位”按钮进行复位，才能对增压机进行下一次启动。增压机油箱电加热器的控制。油箱电加热器的启停主要由就地的温度开关自动控制，DCS发出一个启

7、动允许信号，当允许信号为1时，允许加热器投入加热。如果就地温度开关故障，超温后没有断开，则会有一个超温信号送到DCS，DCS再发出信号指令关闭油箱电加热器。增压机排油烟风扇的控制。排烟风扇在辅助油泵运行中或增压机运行中必须保持运行，当排油烟风扇电控允许信号以及辅助油泵、增压机任意一个启动信号存在，DCS便会发出信号，启动排油烟风扇;当辅助油泵、增压机均未启动或者增压机急停时，DCS便会停止排油烟风扇。辅 助油泵的控制。辅助油泵做为增压机机器主油泵的辅助后备，在增压机的启动、停止阶段为各设备供油。增压机启动后，辅助油泵仍会在运转状态，直到增压机全速 运行;增压机停机时，辅助油泵会自动启动并且会一

8、直运转，直到润滑时间信号结束为止;增压机运转过程中，如果出现润滑油压力低，辅助油泵会自动启动，如果 出现密封气压力低，增压机不会连锁停机，因为增压机运转保护优先。入口导叶的控制。在增压机开车前，入口导叶在全关位置。当增压机启动后，允许加载条件满足，入口导叶开到“最小位置”开度。增压机卸载时，开度变为0。在增压机运行过程中最小值MV1参与以下公式计算： MV=(100-MV2)/100*MV1+MV2入口导叶的开度控制由MV的值决定，入口导叶的实际开度值与计算值有一个偏差计算，用以监控导叶开度的准确性，偏差为二者开度差值的绝对值。入口导叶的最小开度值由厂家给定。增压机停机后入口导叶也需随之关闭，并处在最小负载启动位置。增压机控制系统自投用以来，增压机运行稳定，实现了系统的启停、连锁、保护的自动控制，运