韓明春，郭淑英，韓峰，孫義東

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽(yáng)110869）

GERX3i在K101B新氫氣壓縮機(jī)組改造中的應(yīng)用

韓明春，郭淑英，韓峰，孫義東

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽(yáng)110869）

闡述了K101B新氫氣壓縮機(jī)組改造后的控制系統(tǒng)組成，以及GERX3i PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠完全兼容原機(jī)組的GE90-30PLC控制系統(tǒng)。

GERX3i；PLC控制系統(tǒng)；K101B新氫氣壓縮機(jī)

1　引言

K101B新氫氣壓縮機(jī)組是中石油大慶煉化公司加氫改質(zhì)裝置配套的重要設(shè)備。該項(xiàng)目的控制系統(tǒng)是GE90-30系列PLC，由于GE90-30已趨于淘汰，取而代之的是GE公司推出的更先進(jìn)的產(chǎn)品。由于用戶要求對(duì)原機(jī)組進(jìn)行改造，改造后的壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)必須與原機(jī)組的控制系統(tǒng)完全兼容，并且是技術(shù)成熟、先進(jìn)、高可靠性，能夠完全滿足新機(jī)組的各種壓力、溫度、液位等參數(shù)的檢測(cè)、調(diào)節(jié)、顯示、報(bào)警、聯(lián)鎖等功能。該控制系統(tǒng)的控制器、I/O模塊、所有電源設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備必須確保改造后的機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)原機(jī)組的控制系統(tǒng)組成充分消化后，決定選用GERX3i系列PLC系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)K101B新氫氣壓縮機(jī)組進(jìn)行控制。

2　GERX3i PLC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

GERX3i PLC擁有模塊化設(shè)計(jì)，卓越的網(wǎng)絡(luò)和通訊能力與上位機(jī)通信，可以滿足過(guò)程控制的各種需要。每個(gè)模塊槽的雙背板總線支持老系統(tǒng)的90-30背板總線和新的PCI總線；串行背板總線支持已有的系列90-30 I/O卡，使之很容易的移植到新系統(tǒng)中；在控制器中有梯形邏輯文檔內(nèi)存和機(jī)器文檔（Word、Excel、PDF、CAD和其他未來(lái)發(fā)布的文件格式），減少停機(jī)時(shí)間，提高排除故障效率；支持高密度離散量I/O、通用模擬量（TC、RTD、應(yīng)變儀、每個(gè)通道的電壓電流組態(tài)）I/O、隔離模擬量I/O、高密度模擬量I/O、高速計(jì)數(shù)器；擴(kuò)展I/O提供更廣泛的特性，如快速處理、高級(jí)診斷機(jī)制和一系列可組態(tài)的中斷，將新技術(shù)方便地集成到已經(jīng)安裝好的系統(tǒng)中，減少用戶對(duì)于短期或者長(zhǎng)期系統(tǒng)升級(jí)的顧慮，可以更靈活、更開(kāi)放地升級(jí)或者轉(zhuǎn)換。

3　K101 B新氫氣壓縮機(jī)組改造后的控制系統(tǒng)組成

K101B新氫氣壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)由氣路系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、潤(rùn)滑油路系統(tǒng)等報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)組成。

3.1氣路系統(tǒng)主要包括

工藝參數(shù)測(cè)量、聯(lián)鎖保護(hù)、壓縮機(jī)機(jī)身振動(dòng)、活塞桿下沉在線監(jiān)測(cè)、氣量調(diào)節(jié)電磁閥控制等。

3.1.1工藝參數(shù)測(cè)量

系指被壓縮介質(zhì)的溫度、壓力、液位等工藝參數(shù)。溫度監(jiān)測(cè)：指壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣溫度、壓縮機(jī)組軸承溫度、電機(jī)軸承溫度及電機(jī)定子溫度、填料溫度等；介質(zhì)壓力監(jiān)測(cè)：指壓縮機(jī)的進(jìn)、排壓力。液位監(jiān)測(cè)：指壓縮機(jī)各級(jí)分離器的液位、集液罐液位、水站水箱液位、機(jī)身油池液位、注油器液位、電機(jī)漏水控制等。

3.1.2聯(lián)鎖保護(hù)

機(jī)組開(kāi)車(chē)聯(lián)鎖：潤(rùn)滑油壓力正常：≥0.25 MPa（G）；壓縮機(jī)組空負(fù)荷；工藝滿足要求；盤(pán)車(chē)停止。

保護(hù)裝置：壓縮機(jī)機(jī)身上安裝振動(dòng)變送器，當(dāng)振動(dòng)超過(guò)報(bào)警及危險(xiǎn)設(shè)定值時(shí)，去機(jī)組PLC控制系統(tǒng)公共報(bào)警及公共停機(jī)。

壓縮機(jī)組的各級(jí)活塞桿上方，安裝軸位移變送器，當(dāng)活塞桿下沉超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)去機(jī)組PLC控制系統(tǒng)公共報(bào)警并去在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.1.3負(fù)荷調(diào)節(jié)控制

壓縮機(jī)氣缸采用電磁閥控制的氣動(dòng)卸荷器作氣量調(diào)節(jié)，卸荷器為指式，給氣卸荷，2個(gè)電磁閥分別控制各級(jí)氣缸的軸側(cè)和蓋側(cè)，實(shí)現(xiàn)0～50%～100%3檔調(diào)節(jié)。當(dāng)各級(jí)氣缸軸側(cè)工作，蓋側(cè)不工作時(shí)，壓縮機(jī)組50%負(fù)荷，當(dāng)各級(jí)氣缸軸側(cè)和蓋側(cè)都不工作時(shí)，為0負(fù)荷，此時(shí)送給PLC系統(tǒng)信號(hào)，壓縮機(jī)組方可允許啟動(dòng)。當(dāng)各級(jí)氣缸軸側(cè)和蓋側(cè)都工作時(shí)，壓縮機(jī)組100%負(fù)荷。

3.2冷卻水系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的作用是給壓縮機(jī)氣缸、填料及冷卻器等提供冷卻水，由水箱、冷卻器、溫控閥等組成。為保證機(jī)組軟化水溫度、壓力的要求，該系統(tǒng)分別設(shè)置了必要的測(cè)量?jī)x表、控制儀表和安全儀表等。壓力變送器將供水壓力信號(hào)送入控制系統(tǒng)顯示并監(jiān)控：當(dāng)壓力變送器信號(hào)水壓低于0.2 MPa（G）時(shí)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)輔助水泵；當(dāng)該壓力變送器信號(hào)水壓高時(shí)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)聯(lián)鎖停止輔助水泵。水箱裝有溫控閥、鉑熱電阻及電加熱器，當(dāng)水箱溫度低時(shí)啟動(dòng)電加熱器，當(dāng)水箱溫度高時(shí)停止電加熱器。

3.3潤(rùn)滑油系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的作用是給機(jī)組提供潤(rùn)滑油，由潤(rùn)滑油箱、油冷卻器、油過(guò)濾器、油箱等組成。為保證機(jī)組潤(rùn)滑油溫度、壓力的要求，潤(rùn)滑油系統(tǒng)也設(shè)置了必要的測(cè)量?jī)x表、控制儀表和安全儀表。

3.3.1就地測(cè)量?jī)x表

測(cè)量?jī)x表包括：潤(rùn)滑油油箱液位測(cè)量、油溫、油壓測(cè)量?jī)x表。

3.3.2控制儀表和安全儀表

控制儀表和安全儀表主要組成：潤(rùn)滑油油箱液位和溫度報(bào)警、潤(rùn)滑油溫度報(bào)警、潤(rùn)滑油過(guò)濾器差壓報(bào)警、潤(rùn)滑油壓力調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑油輔助油泵起動(dòng)、報(bào)警、聯(lián)鎖等回路。

潤(rùn)滑油溫度報(bào)警回路：在潤(rùn)滑油冷卻器出口管路上安裝有鎧裝鉑熱電阻，用來(lái)檢測(cè)潤(rùn)滑油溫度，測(cè)溫元件將油溫信號(hào)送至控制室顯示并監(jiān)控。當(dāng)油溫高于報(bào)警設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)去機(jī)組PLC控制系統(tǒng)公共報(bào)警。

潤(rùn)滑油過(guò)濾器差壓報(bào)警回路：該回路的作用是檢查油過(guò)濾器的工作情況，當(dāng)油過(guò)濾器差壓超過(guò)正常差壓時(shí)，說(shuō)明油過(guò)濾器應(yīng)該進(jìn)行清洗了。差壓開(kāi)關(guān)將測(cè)得的油過(guò)濾器差壓信號(hào)送至控制室監(jiān)控，當(dāng)差壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)去機(jī)組PLC控制系統(tǒng)公共報(bào)警。

潤(rùn)滑油壓力調(diào)節(jié)回路：在潤(rùn)滑油站出口總管上設(shè)有總管油壓調(diào)節(jié)回路，通過(guò)閥后壓力調(diào)節(jié)的自立式調(diào)節(jié)閥對(duì)油泵出口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的作用是提供機(jī)組穩(wěn)定的潤(rùn)滑油壓力和油量。

潤(rùn)滑油油壓低報(bào)警、聯(lián)鎖回路及備用潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)回路：潤(rùn)滑油油壓低報(bào)警、聯(lián)鎖回路及備用潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)回路由4個(gè)壓力變送器組成，壓力變送器將油壓信號(hào)送入控制系統(tǒng)顯示并監(jiān)控：當(dāng)其中1個(gè)壓力變送器油壓信號(hào)達(dá)到0.25 MPa（G）時(shí)，滿足起動(dòng)條件，將信號(hào)送入控制系統(tǒng)參與開(kāi)車(chē)聯(lián)鎖；當(dāng)該壓力變送器信號(hào)油壓低時(shí)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)輔助油泵；當(dāng)該壓力變送器信號(hào)油壓高時(shí)，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；同時(shí)聯(lián)鎖停止輔助油泵。

當(dāng)另外3個(gè)壓力變送器油壓信號(hào)低于0.15 MPa（G）時(shí)，控制系統(tǒng)除發(fā)出公共報(bào)警信號(hào)外，同時(shí)三取二去PLC控制系統(tǒng)公共聯(lián)鎖停機(jī)。

4　K101 B新氫氣壓縮機(jī)組改造后的控制系統(tǒng)配置

4.1電源設(shè)計(jì)總原則

該控制系統(tǒng)采用冗余供電方式，24VDC電源配置了反向二極管，繼電器等元件的供電電源均配置了直流空開(kāi)，并按梯度等級(jí)進(jìn)行布置。機(jī)柜內(nèi)卡件具有20%余量空間以便擴(kuò)展。

4.2操作站

操作站的CPU采用Intel酷睿雙核3.0 GHz、2GB內(nèi)存、250GB的硬盤(pán)、帶刻錄光驅(qū)和1GB獨(dú)立顯卡，光電鼠標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)。操作站配置顯示器（LCD），為22LCD，寬屏，分辨率不低于1280× 1024。

4.3通訊

配置光電轉(zhuǎn)換器一對(duì)、單膜光纖通訊，通訊距離可達(dá)到1 km。

4.4組態(tài)軟件

組態(tài)軟件選用的是GERX3i的intouchV12無(wú)限點(diǎn)開(kāi)發(fā)版，輕輕松松地將原機(jī)組的控制程序升級(jí)并且轉(zhuǎn)換到新機(jī)組的控制系統(tǒng)中。

4.5GERX3i PLC卡件

基于K101B新氫氣壓縮機(jī)組改造后的控制系統(tǒng)的構(gòu)成，對(duì)該機(jī)組PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成了該機(jī)組PLC控制系統(tǒng)軟、硬件配置見(jiàn)表1。

4.6系統(tǒng)配置圖

圖1　系統(tǒng)配置區(qū)

表1　

5　結(jié)語(yǔ)

由于GERX3i PLC內(nèi)部資源極其豐富，PLC采用的是“軟器件”、“軟觸點(diǎn)”進(jìn)行聯(lián)鎖，它并不改變PLC外部電路的結(jié)構(gòu)，使電路簡(jiǎn)單化。該種聯(lián)鎖增加了PLC運(yùn)算的條件，使得PLC在進(jìn)行輸出之前需要進(jìn)行更多的安全可靠性判斷，從而使系統(tǒng)的安全可靠性得到提高。通過(guò)系統(tǒng)保護(hù)程序的運(yùn)行，使PLC能及時(shí)感知系統(tǒng)的故障，能更好的保護(hù)人身和設(shè)備的安全。由此可見(jiàn)K101B新氫氣壓縮機(jī)組改造后的控制系統(tǒng)利用GERX3i PLC系統(tǒng)上述提供的平臺(tái)，通過(guò)編程、組態(tài)軟件，對(duì)該機(jī)組的啟停順序進(jìn)行控制，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)畫(huà)面在操作站上進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，對(duì)冗余的設(shè)備進(jìn)行在線診斷、報(bào)警、自動(dòng)切換及維修提示，完全能夠滿足機(jī)組的各項(xiàng)控制要求，并能實(shí)現(xiàn)與用戶的上位機(jī)進(jìn)行通訊。

Application of GERX3i in K101B Fresh Hydrogen Compressors Transformation

HAN Ming-chun，GUO Shu-ying，HAN Feng，SUN Yi-dong
（Shenyang Blower Works Group Corporation，Shenyang 110869，China）

This paper specified the structure of the control system after transformation for K101B fresh hydrogen compressors and the application of GERX3i PLC control system，which can be completely compatible with the original GE90-30 PLC control system.

GERX3i；PLC control system；K101B fresh hydrogen compressor

TH457

B

1006-2971（2015）02-0051-03

韓明春（1987-），男，助理工程師，現(xiàn)在沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司工作，曾多次獲科技成果一、二、三等獎(jiǎng)。主要研究方向?yàn)橥鶑?fù)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2014-10-11