墻新奇

（新疆八一鋼鐵股份有限公司能源中心）

1 問(wèn)題的提出

八鋼能源中心制氧分廠南區(qū)國(guó)產(chǎn)12#循環(huán)氮壓機(jī)（40000m3/h）排氣壓力基本依靠手動(dòng)調(diào)節(jié)。進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度固定，通過(guò)回流和放空調(diào)節(jié)壓力，設(shè)備能耗高，容易受用戶用量變化的影響；設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定。手動(dòng)調(diào)節(jié)滯后，影響供氣質(zhì)量。一直以來(lái)，針對(duì)12#循環(huán)氮壓機(jī)的排氣壓力只是遠(yuǎn)程監(jiān)視，不能遠(yuǎn)程操作、控制。為了提高工作效率（同時(shí)降低操作人員的工作量），提高供氣質(zhì)量和降低能，對(duì)制氧離心式氮?dú)鈮嚎s機(jī)進(jìn)行了恒壓自動(dòng)控制改造，通過(guò)改造進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性和可維護(hù)性。

2 改造的主要內(nèi)容

2.1 建立新的控制模型

通過(guò)建立新的控制模型，實(shí)現(xiàn)排氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。滿足以導(dǎo)葉控制為主、回流為輔（主要為克服導(dǎo)葉可調(diào)范圍較小的因素）的經(jīng)濟(jì)、安全調(diào)節(jié)方式；增加放空自動(dòng)調(diào)節(jié)，緩解外部用戶突然性大幅變化對(duì)空分系統(tǒng)的影響[1]。壓縮機(jī)控制模型見(jiàn)圖1。

圖1 壓縮機(jī)控制模型

圖1所示，是以導(dǎo)葉控制為主、回流為輔的調(diào)節(jié)方式，給定1為正常的恒壓控制設(shè)定值，與反饋1比較后，通過(guò)PID1模塊控制進(jìn)口導(dǎo)葉閥的開(kāi)度，從而控制壓縮機(jī)排氣壓力；當(dāng)用戶用量減少，導(dǎo)葉開(kāi)度小于或等于開(kāi)度下限時(shí)（小流量可能進(jìn)入喘振區(qū)），PID1轉(zhuǎn)為“手動(dòng)”模式，導(dǎo)葉開(kāi)度保持，PID2轉(zhuǎn)為“自動(dòng)”模式，回流閥參與自動(dòng)調(diào)節(jié)；用戶用量恢復(fù)，回流閥關(guān)閉，PID1轉(zhuǎn)為“自動(dòng)”模式；當(dāng)用戶用量增加，導(dǎo)葉開(kāi)度大于或等于開(kāi)度上限時(shí)（可能造成“阻塞”或電機(jī)過(guò)流），PID1轉(zhuǎn)為“手動(dòng)”模式，導(dǎo)葉開(kāi)度保持，外部條件變化后PID1轉(zhuǎn)為“自動(dòng)”模式。

當(dāng)外部用戶用量突然大幅度變化（事故故障時(shí)），排氣壓力大于或等于報(bào)警值（給定2），為防止空分裝置被沖擊，放空閥自動(dòng)調(diào)節(jié)（PID3投入自動(dòng)），壓力降低后關(guān)閉。

2.2 完善優(yōu)化防喘振控制

改造前防喘振控制功能未投入，改造中增加了安全控制線及報(bào)警功能，提高壓縮機(jī)安全運(yùn)行的可靠性[2]。

2.2.1 安全控制線的設(shè)計(jì)

圖2 壓縮機(jī)防喘振曲線圖

安全控制線（圖2內(nèi)側(cè)線）是在防喘振線（圖2中間線）的基礎(chǔ)上(除原點(diǎn)外)壓比值下移2.7%～5%獲得，函數(shù)表達(dá)式為：

2.2.2 新增安全控制線

當(dāng)工作點(diǎn)觸碰或越過(guò)安全控制線后，發(fā)出報(bào)警信息（需要人為確認(rèn)后才能消除報(bào)警），需要檢查和干預(yù)壓縮機(jī)及相關(guān)設(shè)備；若工作點(diǎn)觸碰或越過(guò)防喘振線后，放空閥全開(kāi)、回流閥全開(kāi)；若工作點(diǎn)觸碰或越過(guò)喘振線（圖2外側(cè)線）后，壓縮機(jī)停機(jī)。

2.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控功能

改變?cè)羞h(yuǎn)程僅有只讀方式，無(wú)法寫(xiě)入數(shù)據(jù)或變量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控功能。改造后的控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)示意圖

原控制系統(tǒng)PLC與DCS的I/O服務(wù)器為單工通訊，數(shù)據(jù)由PLC的CP341 MODBUS通訊模塊（MODBUSMASTER）RS_485 串 口 發(fā) 送 至MOXA5630串口服務(wù)器（MODBUS SLAVE）--轉(zhuǎn)換為Ethernet TCP/TP，經(jīng)交換機(jī)發(fā)送至DCS的I/O服務(wù)器，采集處理后送DCS操作站。

（1）單工通訊增加參數(shù)[4]（不改變?cè)袉喂ねㄓ嵎绞?，利用備用的變量通訊），具體見(jiàn)表1。

（2）增加DCS輸出(新增I/O信號(hào),通過(guò)硬接線實(shí)現(xiàn)PLC和DCS信號(hào)交換)，見(jiàn)表2。

（3）為防止現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)竄入DCS，引起DCS故障或誤動(dòng)作，DCS送給現(xiàn)場(chǎng)PLC的AI信號(hào)用隔離器進(jìn)行隔離，共4路信號(hào)，見(jiàn)表3。

表1 新增單工通訊DI變量表

表2 新增DCS/DO變量表

表3 新增DCS/AO變量表

PLC相應(yīng)模塊的兩組共4個(gè)AI通道由2線制2DMU改為4線制4DMU（PIW312/PIW314/PIW316/PIW318），PLC接受有源信號(hào)。

2.4 控制程序優(yōu)化

原控制程序采用STL（語(yǔ)句表）方式編制，改為用梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）方式編制，提高了程序的可讀性和可維護(hù)性。

2.5 優(yōu)化遠(yuǎn)程和就地的人機(jī)界面

為便于遠(yuǎn)程操作、手自動(dòng)切換、量程修改、聯(lián)鎖和報(bào)警參數(shù)設(shè)置、PID參數(shù)設(shè)置等，對(duì)就地觸摸屏的監(jiān)控畫(huà)面和遠(yuǎn)程的DCS監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行了優(yōu)化處理。

3 改造后的效果

2019年3月中旬12#循環(huán)氮壓機(jī)完成熱調(diào)試，投入生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程主輔機(jī)設(shè)備啟停、負(fù)荷調(diào)整、加卸載操作、手自動(dòng)切換、恒壓自動(dòng)控制、壓縮機(jī)工作點(diǎn)（防喘曲線中的）時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能，提高了壓縮機(jī)安全可靠性。

提升了工作效率：每班平均節(jié)省單人現(xiàn)場(chǎng)操作和巡檢時(shí)間1.2h，全年可節(jié)約900h。降低了能源消耗：額定壓縮能力時(shí)負(fù)載電流平均降低約3A,每小時(shí)節(jié)能約52kW·h，全年節(jié)約374400kW·h。

4 結(jié)束語(yǔ)

改造中保留了原單工通訊的方式，遠(yuǎn)程操作所需的部分變量通過(guò)硬接線的方式從DCS輸出給PLC，即這些關(guān)鍵操作指令不受通訊故障的影響。

這次成功改造的經(jīng)驗(yàn)適合于國(guó)產(chǎn)離心式氣體（非易燃易爆性）壓縮機(jī)的改造。目前八鋼在線使用的 INGERSOLLRAND、CAMERON、ATLAS COPCO、SAMSUNG TUBROMASTER等進(jìn)口品牌的氣體壓縮設(shè)備控制系統(tǒng)與機(jī)器本體一體化集成，提供與第三方通訊的單工通訊接口，遠(yuǎn)程只能監(jiān)視、不能操作和控制。這些技術(shù)障礙在智慧制造推進(jìn)進(jìn)程中需著手解決。因此這次的改造也為進(jìn)口氣體壓縮機(jī)的遠(yuǎn)程控制改造提供參考借鑒。