论文部分内容阅读
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)1210095-01
1、目的及意义
天元5#制氧增压机控制系统采用Quad 2000，现该控制系统主要存在如下问题。首先，设备老化，一方面现场仪表、柜内继电器等电子元件老化严重，控制触摸屏显示也已经模糊看不清，该设备没有远程监控，操作人员基本上无法现场操控设备；另一方面控制模块为集成电路式的电路板，也超过了平均无故障运行时间，目前模块出现故障的机率大大增加，主要表现在个别的通道损坏。其次，由于硬件版本比较低导致控制系统软件不能升级，备件价格高昂甚至难以购买等一系列问题。该机组接线繁杂、故障查找困难、继电器等电器元件老化、控制回路改造困难、工艺参数无法记录存储等缺点，严重制约了设备的高效、稳定运行。
因此我们计划将该系统改造为制氧其他设备正在使用的西门子S7300PLC控制系统，在机旁增加一个PLC控制柜，在主控室增设一台监控站，PLC与监控站之间通过以太网通讯。
改造完成后，将消除重大生产隐患，大大提高系统的通用性、先进性和可维护性，创造可观的经济效益。
2、国内外研究现状分析及发展方向
目前，没有查新到和本项目相关的关键技术，在单体设备的自动变负荷的自动化程度来讲，本项目技术是比较先进的。在风机等压缩机的自动调节控制上，有广泛的应用价值。将可靠的保证热线生产的顺利进行，可创造巨大的间接经济效益和社会效益。
3、研究内容与技术路线，项目的技术创新点
3.1 实施的具体内容和技术路线
5#增压机由常规仪表控制改为PLC控制系统，系统控制采用PROFIBUS现场总线通讯方式，CPU采用S7-300系列。主要内容包括：根据改造硬件设计图纸，进行部分现场仪表改造，控制柜内现有硬件及线路拆除，新PLC控制柜的安装固定，端子排的安装，旧柜到新PLC柜的信号电缆的敷设。西门子硬件和控制附件安装等配盘工作，系统上电测试，通讯调试，控制程序下装，I/O点调试，阀门动作调试，设备联锁报警喘振调试，开车动态调试。
3.2 产品外观形状图、结构图和原理工艺
1)产品外观形状图：
原Ouad 2000系统的控制柜和CPU部分集成线路板图如下：2)新系统设计的硬件结构图
3.3 技术创新点、关键技术和关键工艺
此次改造，我们不仅要实现原系统所有的控制功能，在增压机的入口导叶和放空阀的自动加/卸载控制上，在增压机的入口导叶和放空阀的自动加/卸载控制上，我们将增加新的阀门控制思路，使得阀门之间的关联性控制更加平稳、顺畅。本项目的创新点如下：
1)双阀死区随动联控的恒压调节。5#制氧增压机的入口导叶和放空阀控制是程序自动控制的，在压缩机启动后的投入负荷、正常运行的恒压控制以及卸载过程，都是无需人为干预的。由于出口压力与外界管网相通，压力波动较大，由双阀共同调节起来滞后现象明显，导致入口导叶和放空阀之间频繁的开关，压力难以稳住，原系统在调节控制上就存在这些问题，已经影响到操作人员的操作和工艺的稳定。目前制氧其他单体设备的自动加/卸载控制都不存在这种问题，所以我们自主创新，在程序控制上研发了双阀死区随动联控的恒压调节，将两个阀门的调节死区值由公式DEADB_w2＝DEADB_W1＋N来设定，N值将由我们调试后确定，可以根据两阀调节的响应速度而变化。
2)多段比例带的PID控制。由于工艺原因，出口压力的测点与管网相连，这就决定该压力的测量值波动较大，如果出口压力超过设定值SP，入口导叶和放空阀之间的协调动作都会影响到出口压力调节的稳定性，我们通过程序仿真调试发现，当出口压力高于设定值SP时，入口导叶先进行调节，如果压力超过设定值SP＋50KPa时，放空阀再参与调节。以放空阀的PID调节为例，此时它的比例值为PI：当出口压力小于SP时，比例值为P2。入口导叶的控制也跟此类似，由此设计的多段比例带的PID控制，调节的出口压力才能趋于平稳。
5#制氧增压机控制系统升级改造完成后，系统将更加稳定可靠，安全性、自动化程度高，入口导叶和放空阀的联控平滑、顺畅，操作人员易操作，劳动强度将会大大降低。
1、目的及意义
天元5#制氧增压机控制系统采用Quad 2000，现该控制系统主要存在如下问题。首先，设备老化，一方面现场仪表、柜内继电器等电子元件老化严重，控制触摸屏显示也已经模糊看不清，该设备没有远程监控，操作人员基本上无法现场操控设备；另一方面控制模块为集成电路式的电路板，也超过了平均无故障运行时间，目前模块出现故障的机率大大增加，主要表现在个别的通道损坏。其次，由于硬件版本比较低导致控制系统软件不能升级，备件价格高昂甚至难以购买等一系列问题。该机组接线繁杂、故障查找困难、继电器等电器元件老化、控制回路改造困难、工艺参数无法记录存储等缺点，严重制约了设备的高效、稳定运行。
因此我们计划将该系统改造为制氧其他设备正在使用的西门子S7300PLC控制系统，在机旁增加一个PLC控制柜，在主控室增设一台监控站，PLC与监控站之间通过以太网通讯。
改造完成后，将消除重大生产隐患，大大提高系统的通用性、先进性和可维护性，创造可观的经济效益。
2、国内外研究现状分析及发展方向
目前，没有查新到和本项目相关的关键技术，在单体设备的自动变负荷的自动化程度来讲，本项目技术是比较先进的。在风机等压缩机的自动调节控制上，有广泛的应用价值。将可靠的保证热线生产的顺利进行，可创造巨大的间接经济效益和社会效益。
3、研究内容与技术路线，项目的技术创新点
3.1 实施的具体内容和技术路线
5#增压机由常规仪表控制改为PLC控制系统，系统控制采用PROFIBUS现场总线通讯方式，CPU采用S7-300系列。主要内容包括：根据改造硬件设计图纸，进行部分现场仪表改造，控制柜内现有硬件及线路拆除，新PLC控制柜的安装固定，端子排的安装，旧柜到新PLC柜的信号电缆的敷设。西门子硬件和控制附件安装等配盘工作，系统上电测试，通讯调试，控制程序下装，I/O点调试，阀门动作调试，设备联锁报警喘振调试，开车动态调试。
3.2 产品外观形状图、结构图和原理工艺
1)产品外观形状图：
原Ouad 2000系统的控制柜和CPU部分集成线路板图如下：2)新系统设计的硬件结构图
3.3 技术创新点、关键技术和关键工艺
此次改造，我们不仅要实现原系统所有的控制功能，在增压机的入口导叶和放空阀的自动加/卸载控制上，在增压机的入口导叶和放空阀的自动加/卸载控制上，我们将增加新的阀门控制思路，使得阀门之间的关联性控制更加平稳、顺畅。本项目的创新点如下：
1)双阀死区随动联控的恒压调节。5#制氧增压机的入口导叶和放空阀控制是程序自动控制的，在压缩机启动后的投入负荷、正常运行的恒压控制以及卸载过程，都是无需人为干预的。由于出口压力与外界管网相通，压力波动较大，由双阀共同调节起来滞后现象明显，导致入口导叶和放空阀之间频繁的开关，压力难以稳住，原系统在调节控制上就存在这些问题，已经影响到操作人员的操作和工艺的稳定。目前制氧其他单体设备的自动加/卸载控制都不存在这种问题，所以我们自主创新，在程序控制上研发了双阀死区随动联控的恒压调节，将两个阀门的调节死区值由公式DEADB_w2＝DEADB_W1＋N来设定，N值将由我们调试后确定，可以根据两阀调节的响应速度而变化。
2)多段比例带的PID控制。由于工艺原因，出口压力的测点与管网相连，这就决定该压力的测量值波动较大，如果出口压力超过设定值SP，入口导叶和放空阀之间的协调动作都会影响到出口压力调节的稳定性，我们通过程序仿真调试发现，当出口压力高于设定值SP时，入口导叶先进行调节，如果压力超过设定值SP＋50KPa时，放空阀再参与调节。以放空阀的PID调节为例，此时它的比例值为PI：当出口压力小于SP时，比例值为P2。入口导叶的控制也跟此类似，由此设计的多段比例带的PID控制，调节的出口压力才能趋于平稳。
5#制氧增压机控制系统升级改造完成后，系统将更加稳定可靠，安全性、自动化程度高，入口导叶和放空阀的联控平滑、顺畅，操作人员易操作，劳动强度将会大大降低。