魏廣敬 辛庚嘉 唐子文 王繼收

摘要：冶金行業(yè)是講究高效率的高耗能行業(yè)，在冶金過程中能源介質(zhì)穩(wěn)定、安全的供應是保證正常生產(chǎn)的必要條件。能源管控中的動力體系主要負責為全廠提供水、電、氣、汽等，本課題以壓縮空氣系統(tǒng)為研究對象，面對冶煉工藝對壓縮空氣穩(wěn)定性要求，系統(tǒng)實現(xiàn)了壓縮空氣的壓力自動調(diào)節(jié)、設(shè)備自動啟停、循環(huán)周期等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的設(shè)置、控制與監(jiān)控，使整個壓縮空氣系統(tǒng)的工藝要求、技術(shù)參數(shù)均可由生產(chǎn)調(diào)度下傳到現(xiàn)場設(shè)備，同時也可將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)提交管理層，從而實現(xiàn)生產(chǎn)工序?qū)崟r監(jiān)控和管理，提高壓縮空氣系統(tǒng)生產(chǎn)效率、自動化程度對于能源管控意義重大。

關(guān)鍵詞：銅冶煉;動力設(shè)備;壓縮空氣系統(tǒng);集成控制

1 集成控制的特點及研究內(nèi)容

動力車間壓縮空氣系統(tǒng)包含設(shè)備較多、信號繁雜，所以在實際生產(chǎn)過程中，僅僅依靠人員監(jiān)控眾多工藝參數(shù)的變化，絕對不可能做到壓縮空氣系統(tǒng)的正常運行，必須通過有效的智能監(jiān)控系統(tǒng)才能使空氣壓縮系統(tǒng)安全、穩(wěn)定為全廠供應壓縮空氣。通過選定壓縮空氣設(shè)備、現(xiàn)場控制系統(tǒng)設(shè)備及與調(diào)度室監(jiān)控設(shè)備，然后進行編程設(shè)計，最終實現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)的壓力自動調(diào)節(jié)、設(shè)備自動啟停、循環(huán)周期等關(guān)鍵工藝要求，使整個壓縮空氣系統(tǒng)的工藝要求、技術(shù)參數(shù)均可由生產(chǎn)調(diào)度下傳到現(xiàn)場設(shè)備，同時也可將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)提交管理層，從而實現(xiàn)生產(chǎn)工序?qū)崟r監(jiān)控和管理。

2 動力中心壓縮空氣系統(tǒng)簡介

2.1壓縮空氣系統(tǒng)簡介

壓縮空氣系統(tǒng)是指由供氣端至用氣端的設(shè)備及管道的總稱。主要由壓縮機、電動機、預旋器、壓力開關(guān)、單向閥、儲氣罐、自動排水器、安全閥等組成，但由于單機控制，現(xiàn)場裝機量較多，日常巡檢無法做到實時管控調(diào)配，亟需優(yōu)化！

目前動力中心由0.85MPa和1.4MPa兩種壓縮空氣系統(tǒng)，0.85MPa壓縮空氣系統(tǒng)配置有離心空壓機5臺，干燥機2臺。一方面由空壓機排氣經(jīng)過干燥機后直接進入干燥氣管網(wǎng)，提供干燥壓縮空氣，另一方面排氣經(jīng)過干燥機后通過壓縮氣儲罐進入儀表氣管網(wǎng)，提供儀表壓縮空氣。1.4MPa壓縮氣系統(tǒng)配置有螺桿空壓機2臺，干燥機2臺。其經(jīng)過干燥機后送入管網(wǎng)，為用戶提供干燥壓縮空氣;另有一臺螺桿機為事故應急，停電等突發(fā)事件中確保1.4Mpa儀表氣供應。

2.2 兩種空氣壓縮機的機械原理及特點

離心式空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)特點：離心式空氣壓縮機組結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠;離心式空氣壓縮機主要構(gòu)件、空氣動力部分、級間冷卻器、整體傳動裝置、潤滑系統(tǒng)和操作控件的制造都能夠保證提供可靠的性能;在壓縮空氣氣道中，離心式空氣壓縮機沒有任何需潤滑部件;離心式空氣壓縮機精確平衡的撓性碟片式聯(lián)軸器，將振動降至最低，并且不需要聯(lián)接器潤滑油，也可以提供其他聯(lián)接方法;離心式空氣壓縮機緊湊的成套底座，將框架、中間冷卻器和潤滑油箱集成在一起，從而具有出色的扭轉(zhuǎn)剛度。

螺桿式空氣壓縮機采用高容量壓縮組件，其轉(zhuǎn)子外圓速度低而且達到最佳注油，實現(xiàn)了高效率、高可靠性。通過高效傳動系統(tǒng)以適合用途的最佳速度驅(qū)動壓縮組件。正常操作期間完全無需維護。具有免維護、高度可靠和高效率的優(yōu)點。

3控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計方法

把壓力作為控制對象，壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器，通過變頻器控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力P始終接近設(shè)定壓力。以離心式空氣壓縮機為例，現(xiàn)場控制系統(tǒng)以開關(guān)量輸入為主，輸入輸出總點數(shù)小于16，又因為繼電器輸出模塊具有價格低，使用電壓范圍廣等特點，故選用繼電器輸出模塊。綜合以上及該控制系統(tǒng)的設(shè)計要求可知該系統(tǒng)采用8點輸入、8點輸出、繼電器輸出的西門子公司的S7-300PLC即可滿足要求。

3.2 控制系統(tǒng)程序框架

在空壓機運行過程中，根據(jù)生產(chǎn)實際要求實時調(diào)節(jié)出氣口壓力，在用戶使用氣流量不大時，空壓機應該減小負載，使貯氣罐中的壓縮空氣壓力維持在穩(wěn)定水平，在用戶使用壓縮空氣流量突然增加的時候，空壓機應該能夠加大負載，以保證用戶的需求?，F(xiàn)場控制級核心即處理器Logix5550通過網(wǎng)絡(luò)直接控制電磁閥、主電機、自動排水閥、進氣葉輪等電機和相應的執(zhí)行機構(gòu)來壓縮空氣，是整個控制部分的底層處理模塊。具體程序是根據(jù)生產(chǎn)工藝結(jié)合機械設(shè)備來編制的，它主要負責控制電氣設(shè)備的運行，需要將生產(chǎn)設(shè)備進行輸入輸出定義，并分別對各個工作站的I/O模塊進行分配。

3.4故障信息反饋

壓縮空氣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是非常復雜的系統(tǒng)，運行中難免產(chǎn)生各種電氣故障，需要現(xiàn)場操作人員快速解決，這樣報警信息必須要完善。報警信息分為多種，包括系統(tǒng)報警、溫度報警、動作條件不滿足報警等，必須將所應用的控制系統(tǒng)包括ControlLogix系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、變頻器、工作站等進行歸類和提取，以第一時間顯示在調(diào)度室的監(jiān)控畫面里。

3.5總體驗證

整個控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩部分，一部分是下位機對空壓機整個生產(chǎn)過程的控制和數(shù)據(jù)傳輸程序，另一部分是下位機與上位機進行通信的通訊軟件。軟件采用模塊化設(shè)計，按整體功能分成多個的模塊，單獨設(shè)計、編程、調(diào)試，然后將各模塊裝配聯(lián)調(diào)，組成完整的軟件。根據(jù)壓縮空氣生產(chǎn)的工藝需要，控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計滿足：1.控制系統(tǒng)軟件應能完成對空壓機整個生產(chǎn)過程的控制，包括對控制面板、限位開關(guān)等開關(guān)量信號進行檢測，輸出能夠準確可靠的控制電機，電磁閥的啟停。2.控制系統(tǒng)軟件應能完成上＼下位機的通訊，采集下位機的信號實現(xiàn)，產(chǎn)量統(tǒng)計打印報表等管理功能。設(shè)備的程序控制方式實現(xiàn)循環(huán)（自動）、手動、維護三種操作方式。

結(jié)論

采用ControlLogix PLC設(shè)備，對動力車間空氣壓縮系統(tǒng)進行DCS系統(tǒng)控制，對壓縮空氣系統(tǒng)中包含的設(shè)備的各個參數(shù)實時數(shù)據(jù)進行采集，實時數(shù)據(jù)通過變送器將4～20mA的模擬量送出，系統(tǒng)通過運算將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量顯示在監(jiān)控畫面上。采用DCS控制壓縮空氣系統(tǒng)，大幅減少了設(shè)備管控成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時也節(jié)省了控制機柜的空間。提高了實際生產(chǎn)中設(shè)備的操作性能，在維護階段有出眾的診斷性能，減少了停機時間。全面提升了動力壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的管理管控水平。

參考文獻

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[2]胡小飛.面向空氣壓縮機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].上海工程技術(shù)大學.