周藝軍，呼延翀，周 勇，厲洪波，姜 新

（濟鋼集團有限公司 檢修工程公司，山東 濟南250101）

1 前言

濟鋼鮑德氣體有限公司壓縮空氣供應系統(tǒng)由集中空壓機站、東區(qū)空壓機站、焦化空壓機站組成，通過管網將壓縮空氣輸送到煉鋼、高爐、焦化等生產單元，其中部分壓縮空氣作為儀表氣源用氣涉及到濟鋼生產的各個環(huán)節(jié)，影響整個生產的安全穩(wěn)定運行。

為滿足壓縮空氣供應的需要，濟鋼氣體公司新上4臺26 000 Nm3/h臺FS-ELLIOTT 1600DA3型離心式空氣壓縮機。為減少壓縮空氣輸送過程中的損耗，其中1臺安裝在焦化廠附近，距離氣體公司3 km，設備運行狀態(tài)、氣體供應情況只能通過電話聯系，特別是當空氣供應系統(tǒng)出現設備故障時，由于信息溝通的困難使生產調度滯后，影響壓縮空氣正常供應。為此，開發(fā)了大型空氣壓縮機全自動控制程序，利用濟鋼能源動力網資源將焦化空壓機站FS-ELLIOTT 1600DA3空壓機運行狀態(tài)及運行參數傳送至氣體公司管控中心，實現遠程控制和無人值守，提高了調度系統(tǒng)應急能力。

2 系統(tǒng)組成及網絡拓撲

空壓機控制系統(tǒng)過程控制站由西門子S7300 PLC組成，該控制器具有RS485接口、Modbus通訊功能；上位計算機使用iFix 4.0監(jiān)控軟件實現監(jiān)控操作；通過使用串口服務器NPort5232將Modbus協(xié)議轉換為以太網協(xié)議后通過光纖遠程傳輸，完成S7300與上位計算機iFix 4.0監(jiān)控軟件通訊，實現工藝參數的檢測及控制；通過以太網協(xié)議實現iFix 4.0監(jiān)控數據與能源管控中心焦化RTU節(jié)點的數據交換；通過能源動力網實現焦化RTU節(jié)點至能源動力網氣體公司RTU節(jié)點的數據傳送；氣體公司管控中心管理網Web服務器讀取能源動力網氣體公司RTU數據，Orcale服務器完成數據顯示、統(tǒng)計分析功能；通過氣體WEB服務器Citect系統(tǒng)實現OA網絡數據Web發(fā)布。網絡拓撲見圖1。

圖1 網絡拓撲圖

3 控制系統(tǒng)功能

為了滿足空壓機遠程無人職守的安全要求，首先實現了壓縮機的全自動控制及完善的連鎖保護，采取空壓機排出壓力恒定為目標的定壓力調節(jié)系統(tǒng)，在恒壓調節(jié)這一目標下兼顧電機的過載保護、防喘振保護將入口導葉和放空閥協(xié)調調整為最佳工作點，從而保證排氣壓力連續(xù)恒定輸出。

空壓機啟動后接到加載指令開始加載，一旦達到空氣壓力設定點A，入口導葉就會調整空氣進口流量以保持需要的壓縮機排氣壓力，只要對壓縮空氣的需求保持不大于壓縮機的滿載容量，入口導葉將自動打開和關閉。當壓縮空氣的需求在壓縮機的喘振線B以上時，空壓機放空閥即保持關閉，如果過程需求低于壓縮機的最小穩(wěn)定工作范圍C，放空閥將按要求打開。由于空氣流量可以等同于電機的電流，通過當前電流與電機允許最小電流F比較，控制系統(tǒng)判斷壓縮機當前的工作狀態(tài)。若壓縮空氣的需求過大，當電機電流達到最大值E時控制系統(tǒng)將調節(jié)入口導葉避免發(fā)生過載。特殊情況下壓縮機排氣壓力超出壓力帽設定時，放空閥打開泄壓以保護壓縮機和壓力管道的安全。空壓機控制原理見圖2。

圖2 空壓機控制原理示意圖

3.1 空壓機入口導葉控制

在正常運行狀態(tài)下系統(tǒng)接受來自兩個控制回路的控制信號參與入口導葉的控制，即電機過載保護控制回路、壓縮機組出口壓力恒壓控制回路。控制系統(tǒng)選擇兩個控制回路中安全的控制數據輸出用于控制壓縮機的入口導葉。

3.2 壓縮機防喘振控制

在正常運行狀態(tài)下系統(tǒng)接受來自兩個控制回路的控制信號參與壓縮機放空閥的控制，即壓縮機防喘振控制回路、壓縮機組出口壓力極限控制回路?？刂葡到y(tǒng)選擇兩個控制回路中安全的控制數據輸出用于控制壓縮機的放空閥。放空閥控制功能圖見圖3。

圖3 放空閥控制功能圖

空壓機的防喘振自動調節(jié)是通過調節(jié)放空管上的放空閥來實現的，壓縮機出口壓力、出口流量兩個參數參與調節(jié)，對應于出口壓力及出口流量構成一條喘振曲線，此喘振曲線由壓縮機調試過程中現場測定的多個喘振點連線得到，在此曲線基礎上下移10%左右得到一條防喘振曲線，并且將該曲線上的點動態(tài)作為調節(jié)回路的設定值，當空壓機工作點位于防喘振曲線的上方時，設定值與測量值的偏差使得放空閥打開，自動調節(jié)放空閥的開度使測量值穩(wěn)定在防喘振曲線的設定值。如工作點位于防喘振曲線的下方時，則自動關閉放空閥。在實際測試中使用電機電流代替壓縮機流量參與控制。壓力帽控制回路在壓縮機出口壓力超出設定壓力3%時放空閥打開參與壓力調節(jié)?？刂葡到y(tǒng)選擇二者中安全度較大的數據輸出，以保證設備處于安全運行狀態(tài)。

3.3 壓縮機自動加載/卸載控制

壓縮機的加載過程是入口導葉逐漸打開，放空閥逐漸關閉的過程，加載完成后放空閥應處于完全關閉的狀態(tài)，入口導葉根據壓力設定值等條件進行自動調節(jié)。在自動加載過程中若導葉的開啟與放空閥的關閉過程配合不好會出現空壓機的喘振，控制系統(tǒng)檢測到喘振時防喘振控制動作導致空壓機無法實現加載從而不能實現穩(wěn)定運行。通過預定的壓縮機加載曲線實現壓縮機自動加載，優(yōu)化入口導葉與放空閥控制，跳過壓縮機的固有喘振點，使得壓縮機平穩(wěn)安全地的達到設定工作狀態(tài)。在加載過程中壓縮機的防喘振控制、電機超載控制、壓力帽控制始終處于自動狀態(tài)。

壓縮機的卸載過程是放空閥逐漸打開、入口導葉逐漸關閉的過程，通過預定的壓縮機卸載曲線實現壓縮機自動卸載，避免卸載過程中壓縮機喘振對設備安全的影響，完成壓縮機輕載停車的準備工作。

3.4 連鎖保護系統(tǒng)特點

1）聯鎖控制完全由控制站PLC S7300及現場控制單元完成，遠程設備及遠程數據通訊故障時不影響設備的正常運行和聯鎖保護的有效性。2）該聯鎖保護控制采用負邏輯控制，確保控制器、控制系統(tǒng)、供電電源必須工作在正常狀態(tài)，任何異常都會被及時檢測并發(fā)出停車信號，確保設備運行安全。3）在正常的壓力控制中設置壓力極限控制，防止因壓力超壓造成的設備及壓力管道事故。4）可設置全面的工藝聯鎖保護條件有：電源故障、繼電器故障、控制器故障、電機軸瓦溫度、電機繞組溫度、壓縮機軸振動、末級排氣溫度、密封氣壓力、潤滑油溫度和油箱液位等，有效保證壓縮機的設備安全。

4 結語

濟鋼鮑德氣體公司焦化空壓機站FS-ELLIOTT 1600DA3大型空壓機無人職守遠程控制系統(tǒng)自2010年5月投入運行以來，滿足了壓縮空氣供應系統(tǒng)生產的需求，有效提高了壓縮空氣供應系統(tǒng)的應急調度能力，實現了無人值守，改善了操作環(huán)境，方便了生產調度及統(tǒng)計分析，提高了能源計量和管理水平。