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        日新技術

        日新技術:用PLC和變頻器對石油氣壓縮機的控制

        發布日期:2013/1/26 | 點擊:2968 | 上一頁 | 下一頁

         

        用PLC和變頻器對石油氣壓縮機的控制 



            某石化集團有2臺石油氣壓縮機,單機額定功率75kW,一開一備運行方式,而在實際生產中只需大約45kW輸出功率。壓縮機在低于額定工況下運轉,負載率較低,而且其風壓與流量大小要靠手動閥調節,操作困難,也浪費大量電能。為此,考慮采用變頻調速技術進行改造,用PLC實現自動調節和各種控制功能。運行實踐證明,該方案穩定可靠,經濟效果明顯。

        一、工藝要求
            (1)正常生產過程中,2臺壓縮機應至少有1臺運行,即使在相互切換時,也不允許發生兩臺機器全部停止的現象。
            (2)保持壓縮機出口壓力在預定值上。
            (3)能實現對壓縮機運行狀態進行分析,以實現預測性檢修。
        二、系統控制原理
            (1)工藝專業設定壓縮機管網正常出口壓力為P1,而現場實際測定壓力為P2,根據ΔP(=P2-P1)值大小由PLC內PID功能模塊進行PID運算,控制變頻器來改變電動機轉速,達到所要求的壓力。當ΔP>0時,現場壓力偏高,則提高變頻器輸出頻率,使電動機轉速加快,提高實際風壓;當ΔP<0時,現場壓力偏低,則使轉速降低,ΔP減小。這樣不斷調整,使ΔP趨于0,現場實際壓力在設定壓力附近波動,保證壓力穩定。
            (2)壓縮機長期運行,造成各部件間隙變大,這樣引起的振動會越來越大,容易造成壓縮機各部件的損壞。由PLC對現場振動情況進行判斷分析,可提前對壓縮機進行計劃性維護保養,這樣可大大延長設備的使用壽命,提高設備運行可靠性,減少設備故障引起的非計劃性停車。
        三、設計方案
            該方案主要由1臺Siemens ECO1-7500/3變頻器、1臺S7-200型PLC(CPU215/216,配套EM235擴展模塊)以及接觸器、操作按鈕、1臺現場壓力變送器和2臺振動測量裝置(振動變送器)組成,用PLC實現壓縮機出口壓力單回路閉環PID控制以及壓縮機起動、停止、切換、故障處理等各種電氣控制功能,由振動變送器對壓縮機狀態進行監控分析,以實現預測性維護維修。
            (1)PID運算功能的實現
            S7-200系列中CPU215/216具有32位浮點運算指令和內置PID調節運算指令等特殊功能。使用時,只需在PLC內存中填寫1張PID控制參數表(見下表),再執行指令:PID TABLE, LOOP,即可完成PID運算。其中操作數TABLE使用變量存儲器VBx,用來指明控制環的起始地址;操作數LOOP是控制環號(常數,0~7)。編號為2、4、5、6、7的參數固定不變,可在PLC主程序中設定;編號為1、3、8、9的參數具有實時性,須在調用PID指令時填入。
            由于S7-200輸入和輸出為開關量,而變頻器、壓力變送器和振動變送器的信號為模擬量,因此EM235模塊要實現D/A轉換。一個EM235模塊可同時擴展3路模擬量輸入通道(接1路壓力信號,2路振動信號)和1路模擬量輸出通道(接至變頻器)。
            (2)起動
            M1和M2各有兩種起動方式,可通過轉換開關選擇變頻/工頻起動方式。
            (3)運行
            正常情況下,電動機M1處于變頻調速狀態,電動機M2處于停機備用狀態?,F場壓力變送器檢測管網出口壓力(4~20mA模擬量信號),并與預定值相比較,經PLC內部專用PID指令進行運算,得到變頻器所需頻率信號,自動調節電動機轉速,達到所需管網壓力。
            (4)停止
            按下“停止按鈕”,PLC控制所有接觸器斷開,變頻器停止工作。
            (5)切換
            當需從電動機M1切換到M2時,接觸器KM2斷開,KM1閉合,此時電動機M1工作在工頻下,在變頻器完全停止后,KM4閉合,變頻器重新起動,電動機M2在變頻器驅動下起動;完全起動后,KM1斷開,電動機M1停止,切換操作結束。電動機M2切換到M1過程類似。
            (6)報警及故障自診斷
            通過PLC內部程序設定報警及聯鎖保護,一旦出現故障立即停止相應操作并報警。對于故障自診斷功能,考慮到成本問題,未設計上位機,只設置相應故障代碼,通過4位數碼管顯示,使維修人員可根據故障信息方便查找到故障點。如:(a)壓縮機油壓低、水壓低等故障信號,可由現場防爆電接點壓力表測得,直接送至PLC,由PLC控制實現聲光報警和延時停車;(b)增設現場振動傳感器,并將信號送至PLC,對壓縮機運行狀況進行顯示和診斷。
        四、幾點體會和設計中應注意的問題
            (1)采用變頻控制后,實現了壓縮機的軟起動,減小了起動電流對電網的沖擊;節電效果明顯,1年內可回收全部投資。
            (2)采用PLC后,組成閉環自控系統,實現自動調節,運行更加穩定可靠。
            (3)變頻器、PLC、接觸器等可安裝在一臺控制柜內,可就地或遠控操作,方式簡單靈活。
            (4)系統可擴展性較好。若有多臺壓縮機在變頻/工頻供電方式下運行時,只需將增加信息或信號引至PLC,即可實現整個系統的自動控制;若生產需要,本系統也可方便接入DCS或上位機,建立人機界面的監控系統等。
            (5)預測性維護檢修可大大延長壓縮機使用壽命,提高可靠性,減少停車損失,降低運行費用。
            (6)PLC控制電動機在變頻/工頻供電方式下切換時,須保證各接觸器閉合和斷開順序以及足夠的延時,以防止電動機繞組產生的感應電動勢加載到變頻器的輸出逆變橋上,造成損壞。
            (7)PLC須實現KM2和KM4間的互鎖,以防止2臺電動機同時變頻起動,使變頻器因過載而損壞。
            (8)因2臺電動機會在短時間內分別在工頻和變頻下同時運行,故變頻控制柜的總電源開關需按2臺電動機負載量考慮。

         

         

         

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