控制系统改造技术方案

1、空分膨胀机控系统改技术方案有限公司 二一零年二月一、膨胀机控制系统改造技术方案系统概、结构及规1 系统概述本系统为 1 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。 控系统采用一套西门子 S7-300PLC 可编程控制器和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 系统结构系统结构示意图见附图MPI膨胀机人口膨胀机出口膨胀机人口膨胀机出

2、口压缩端入口压缩端出口密封气压力润滑油温度增压端流量膨胀端轴承压缩端轴承膨胀机转速喷嘴调节入口切断阀压力压力温度温度温度温度温度温度控制1 系统规模整个控制系统的输入 /输出点数见下表：I/O 类型数量AI4AO1RTD6DI6DO4合计 二、控系统21本系统采用 Siemens 公司 300PLC 。4 编程开发软件、 。0 理监第1页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方案控软件来实现。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 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

3、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， 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 WINDOWS2000 平台下工作，管理监控软件选用 SIEMENS 公司 WINCC6 软件，它是一个先进的工业自动化软件包，集成最新 SIEMENS 公司技术，运行于开放操

4、作平台（ XP ）,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 , 还以通过 方式与第三应用程 序交换数据。2.1 远程控制站配置远程控制站按一站配置，配 标准液晶监视器一台，主机一台 DELL 755MT(PC 电脑 CPU 类型 Intel 酷睿 2 双核 2 ；标称频率： 2。66GHz ；内存类型 :DDR2 内 存内存容量 硬盘容量 光驱类型 :DVD 操作系统 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 编程组态软件功能PLC 编程软件采用 S

5、IEMENS 司的 STEP7 V5.4 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、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 ; 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（ ）指令表 梯形图 (LD) 结构文化文本（ ST) 顺序功能图 （SFC)连续功能图 (CFC)第2页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方案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 准下的指令可在没有连接 PLC

6、 硬件的情况下进行仿真 ,对用户程序进 行调 , 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 WINCC6 。0 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

7、。2.3 画面显示功能工控组态软件 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（ ）系统和监控管理系统。利 用 可根据膨胀机工艺要求与控制内容，完成工艺流程图、报警指示图等功能模块的 设 , 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 , 时定时报表打印。 提供多种 PLC 驱动软件， 因此使 与位机的联接变得非常方便 ,如果将 STEP7 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

8、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第3页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方案天，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五百条报警信息 , 包括仪表编号 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 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

9、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 , 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 . 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 公司的可编程控制器（ 300, 采用模块化设计 ,在一块机架底板上可安装电源、 模板、通信处理器 CP 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

10、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 、DI 等形式的信号 .系统能处理以下输入 /输出 :1 ） 4-20 mA 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 2 ） PT100 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。第4页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方案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 ） 20 DC 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

11、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) 、PROFIBUS 现场总、 工业以太网、 协议络 .在该技术方案中 ,们主要利用 MPI 和 PROFIBUS 现 场总线实现数据通信 .S7-300 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 ,通过此接口 之间、或与上位计算机之间可进行数据传输，从而构成 MPI 网 . PROFIBUS 现场总线PROFIBUS 现场总线，通信处理器 CP 模块上有一个 RS485 接口， 利用此接口即可构成 实现 PLC 之间 PLC

12、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 ，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 : 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 进行硬件组态 ,即对 的机架、电源、 、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 的组态中设置 MPI 地 ,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 RS485 口。设定各节点的通信地址

13、, 三、就地仪表柜选择相应的 PROFIBUS 信协议，即便可构建 PROFIBUS 现场总线。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 轧钢板制作 . 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）采用电接点压力表将开关量传至控 制室 PLC 系 ,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铂热电阻，一组进 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 , 先将转信号引

14、至转速表上，在通过转速表将 4 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、增压端轴承温度和第5页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方案膨胀机转速。四、主控制要求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 , 机组处于危险状态时 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 , 到安全 保护作用。4 增压机回流阀控制(1) 压力调节根据流程的要一般希望增压机出口压力保持恒定 , 阀的开大

15、或关小 可使压力降低或升高，该阀在控制系统 PID 动控制下达到压力恒定的目的。 ） 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 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 . ） 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 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

16、做进 PLC , 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 , 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 通 PLC 系统对润滑油电加热器进行控制， 实对润滑 油温度的可靠有效调节。五、一元件选型5 新增压力变送器选用横河川仪的 EJA430 列压力变送器（原则上利用原系统现 有的压力变送器 。5.2 铂热电阻采用川仪十七厂 WZPK2243 双支铠装热电阻。5.3 温度仪表采用厦门宇电自化科技有限公司的 AI 系列温度仪表。5 转速表采用上海转速表的 系列转速表。5 就地仪表柜的压力表采成都天威仪表厂的 YZT

17、 系列压力表。六、参一览表第6页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方案此参数表根据用户提供的 P&ID 图统计的，如有不完善和不准确的参数在技术交流时 再予以调整 .系统参数详见下表：检测项目就地远传类型量 程报警 关 断H 、L HH 原位号备注膨胀机入口压力 MPaAI 0 1。0PI001膨胀机出口压力 MPa 压缩端入口压力 MPa 压缩端出口压力 MPa膨胀机入口温度AIRTD 0 1.00 50 -200PI002PI251PI258TR002 膨胀机出口温度 RTD L TR002 200压缩端入口温度压缩端出口温度RTD 0 L RTD 0100TRA251 1TI252PIA

18、256润滑油进轴承压力 MPaDI 。25 L LL PIA257PI255密封气进机组压力 MPa 润滑油进轴承温度膨胀端轴承温度DI 0 1.0RTD 0 H RTD 0 H HH PIA253TRA251-2TRA251 3增压端轴承温度 RTD 0 H HH TRA251 4膨胀机转速 喷咀调节膨胀机入口切断控制阀 增压端出口流量与转速 （防喘） AIAODOAI0 50000H HH SE251HC251Hcv001FIC251SRA251（HZ ）增压端回流阀控制 AOFCV251AI 4-20mA 模拟量输入 DI 开关量输入 RTD 铂热电阻第7页 共 9 页膨胀机控制系统改造

19、技术方案AO 4-20mA 模拟量输出 DO 开关量输出七、供范围7 一次仪表序号主要规或 型式代名称位全数备注1 就地仪表柜台12Y 100ZT 01 。0MPa弹簧管压力表只43YXCT 100ZT 0 。 电接点压力表只1456789101112YXCT-100ZT 01.0MPaAI-701 AC220V Pt100 48 SZMB-10 M12 J91 8 套 YZG1-6 8C65N 2P C4A WZPK2243-M100B350电接点压力表温度数显表转速表磁电转速传感器 气动管路截止阀 压力表接头 小型断路器 按钮双支铠装铂热电阻 Pt100只只只只只只只只只121166422K185H固定螺纹连接 M272电气接口 M201。5 精度 B 级13WZPK-243-M100B250保护管直径8，插入深度 l=185 PN4.0MPa铠装铂热电阻 只只257.2 系统组成固定螺纹连接 M161.5 电气接口 M2015 精度 B 保护管直径8，插入深度 l=100 PN2。序号主要规格或 型式代号名称位机量备注14ME20080606ES73071EA000AA0机柜PS307 电源模块台个11仿威图siemens第8页 共 9 页膨胀机控制系统改造技术方