空分设备自动控制监测系统

作者：不详
供稿：米尔自动化网
阅读人次：

发布时间：2011-08-12

空分设备自动控制监测系统	——夏顺贵
摘要：本文主要介绍了空分制氮（制氧）设备的自动控制监测系统，通过上位计算机加组态软件配合下位PLC构成整个控制系统的核心部分，系统自动化程度高，使用方便。关键字：PLC 级式语言组态软件 PID控制

1.概述:

空分设备是从空气中同时提取氧气和氮气的成套空气分离设备，其工艺流程为中压带透平膨胀机的克劳特循环。空气从大气中吸入空压机，被压缩到所需的压力，再经末级冷却器冷却后进入氟里昂预冷机组，被冷却至5℃左右进入纯化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳氢化合物等物质，进入分馏塔。经纯化后的压缩空气进入分馏塔的主换热器（上），与主换热器（下）来的氧、氮及馏份气进行热交换后经节流阀与膨胀机出来的冷空气会合于下塔底部的蒸发器，在下塔进行传热、传质过程。液空在下塔预分后，再节流到上塔进一步分馏，在塔顶得到纯氮气，上塔中部抽出之馏份气经上换热器回收冷量后作为纯化器再生吹冷用，产品纯氮气通过管道输往用户。产品氧气在输氧管路旁接水封器后导入贮气囊通往氧压机。
空分设备控制方法以前一般是采用机旁柜方式，使用单回路调节仪及很多的仪器仪表配合人工进行控制，操作麻烦，采用PLC加上位计算机控制后，可以大大减少值班人员，提高系统的可靠性。自动控制系统下位机（PLC）主要分为以下几个部分：纯化器控制、精溜塔控制、膨胀机控制、贮气槽控制系统；上位机监控系统主要包括：系统流程显示、系统预警报警、数据记录及图形化显示报表打印等

3.功能介绍:

本高纯氮设备由上下位机组成的电脑控制系统对整套装置实施控制和管理。通过plc控制柜编制控制程序，用它来处理运行整套装置的所有输入和输出信号。个人电脑（PC）是PLC控制柜和操作员之间的人机界面，它里面安装了人机交互软件包INTOUCH组态软件，电脑还连接打印机，可打印表格和图形等。

3．1 上位控制主要功能
电脑控制系统的主要功能包括对整个装置的工艺参数进行预设并传输到下位PLC，实时监视系统运行状态，软件连锁和硬线连锁，用键盘输入操作命令，历史数据记录和处理（数据统计、产量累计、报表和图形生成）等。操作画面根据流程画面分页，分页画面包括氮气站总流程，压缩空气系统，预纯化系统，精馏系统，膨胀机系统，氮氢混配系统，液氮备用系统，管网压力调节系统和加温解冻系统等画面，此外还有历史趋势画面、报警画面、打印报表画面、参数总揽和调节回路画面等。该控制系统中，设置三级不同的操作等级（常规操作级、参数修改级、工艺级）使用密码保护，所有功能对工艺级开放，其他两级为受限用户。未经授权的操作人员只能查看运行状况，只有经培训合格的人员才会被授予操作权限。
精镏塔画面如下：

3．2 下位PLC主要控制功能
3．2．1 纯化器控制
预纯化器的再生有5个循环步，他们分别是卸压（A），加热（B），冷却（C），均压（D）和并联（C）。逻辑控制软件自动控制纯化器的变温吸附循环，控制过程的监控对象有加热和冷却温度，阀门状态，当前循环步，当前循环所剩时间和当前状态等。如果控制程序出错装置会报警，错误严重时装置会连锁跳机。操作人员在停机后启动装置时，应根据停机时间长短或停机时的循环步来决定是恢复到停机前的循环步或通过步进开关来重新设定循环步来恢复装置运行。

纯化器控制根据时间进行流程控制，使用Koyo的级式语言方式进行编程非常方便。级式编程语言，是光洋电子根据理论独家开发的，力求成为理想的控制用编程语言。可以说是最适合流程控制的编程语言。
级式语言是面向工艺流程的可编程序控制器编程语言将控制过程按工艺流程分成若干动作工序，分别编制各工序的处理程序，并根据工序结束条件及工序转移方向，将这些处理程序连接起来，就是2级式语言。如

在每一工序中对输入输出单独进行处理，而不需考虑一般梯形图所需的复杂互锁关系，而且在调试过程中，对设备进行到什么状态会非常方便。

3.2.2 精溜塔控制
   有关测点的温度、压力、流量信号经模块相应PLC的输入模块输入到PLC，PLC根据上位机预设的相关参数，进行阀门的PID调节，阀门的开关，阀门的连锁动作，预警及报警处理。

3． 2.3 胀机控制
   有关测点的温度、压力、流量信号经模块相应PLC的输入模块输入到PLC，PLC根据上位机预设的相关参数，进行阀门的连锁动作，根据制冷量的要求，由操作人员通过上位机根据测试点的参数控制膨胀机相关阀门开度以控制膨胀机转速，当膨胀机由于意外操作或机器故障引起转速过快时，会提前预警，达到连锁值时会立即关断进气阀，打开旁通阀以保护膨胀机不致损坏。

3． 2.4气槽控制
   当管网压力持续下降，通过中压氮气罐调节系统还不能将管网压力维持在使用要求压力时，PLC将指令打开液氮备用系统调节阀，从液氮备用系统补充气化后的液氮来提高氮气管网压力,当管网压力恢复时停止补充液氮。液氮备用系统还可在制氮装置停运时，作为后备系统替代制氮机向管网供气。
4. 应用效果:

使用基于以上PLC控制，上位机监控方式控制空分制氮（氧）设备大大提高了设备的自动化程度，减少了人为的原因引起的系统故障，同时大大减少了设备日常运行人员数量，为各使用单位带来明显的经济效益。上位机画面实时显示设备运行状况，提示故障时的应对措施，对设备操作人员提供了极大的方便性。机旁柜控制方式时，一名设备操作人员至少要经过1到2年的培训和实践才能独立对设备进行操作，而采用本系统方式时，一名操作人员只需经过几周的培训就可以实际操作。该控制系统在上位机部分还设有不同操作人员的不同控制级别（密码保护），这样可以大大预防不熟悉人员对机器的误操作。同时系统对运行过程中的数据实时进行记录和保存，为设备的工艺工况分析提供了第一手数据，为设备的工艺改进提供了第一手资料。

参考:

光洋电子（无锡）有限公司级式语言编程指导
INTOUCH 用户手册V9.0
光洋电子(无锡)有限公司D3-350用户手册