用plc和变频器对石油气压缩机的控制-爱游戏app官网

       某石化集团有2台石油气压缩机，单机额定功率75kw，一开一备运行方式，而在实际生产中只需大约45kw输出功率。压缩机在低于额定工况下运转，负载率较低，而且其风压与流量大小要靠手动阀调节，操作困难，也浪费大量电能。为此，考虑采用变频调速技术进行改造，用plc实现自动调节和各种控制功能。运行实践证明，该方案稳定可靠，经济效果明显。

一、工艺要求
       (1)正常生产过程中，2台压缩机应至少有1台运行，即使在相互切换时，也不允许发生两台机器全部停止的现象。
       (2)保持压缩机出口压力在预定值上。
       (3)能实现对压缩机运行状态进行分析，以实现预测性检修。

二、系统控制原理
       (1)工艺专业设定压缩机管网正常出口压力为p1，而现场实际测定压力为p2，根据δp(=p2-p1)值大小由plc内pid功能模块进行pid运算，控制变频器来改变电动机转速，达到所要求的压力。当δp＞0时，现场压力偏高，则提高变频器输出频率，使电动机转速加快，提高实际风压；当δp＜0时，现场压力偏低，则使转速降低，δp减小。这样不断调整，使δp趋于0，现场实际压力在设定压力附近波动，保证压力稳定。
       (2)压缩机长期运行，造成各部件间隙变大，这样引起的振动会越来越大，容易造成压缩机各部件的损坏。由plc对现场振动情况进行判断分析，可提前对压缩机进行计划性维护保养，这样可大大延长设备的使用寿命，提高设备运行可靠性，减少设备故障引起的非计划性停车。

三、设计方案
       该方案主要由1台siemens eco1-7500/3变频器、1台s7-200型plc(cpu215/216，配套em235扩展模块)以及接触器、操作按钮、1台现场压力变送器和2台振动测量装置(振动变送器)组成，用plc实现压缩机出口压力单回路闭环pid控制以及压缩机起动、停止、切换、故障处理等各种电气控制功能，由振动变送器对压缩机状态进行监控分析，以实现预测性维护维修。
       (1)pid运算功能的实现
       s7-200系列中cpu215/216具有32位浮点运算指令和内置pid调节运算指令等特殊功能。使用时，只需在plc内存中填写1张pid控制参数表(见下表)，再执行指令：pid table, loop，即可完成pid运算。其中操作数table使用变量存储器vbx，用来指明控制环的起始地址；操作数loop是控制环号(常数，0～7)。编号为2、4、5、6、7的参数固定不变，可在plc主程序中设定；编号为1、3、8、9的参数具有实时性，须在调用pid指令时填入。
       由于s7-200输入和输出为开关量，而变频器、压力变送器和振动变送器的信号为模拟量，因此em235模块要实现d/a转换。一个em235模块可同时扩展3路模拟量输入通道(接1路压力信号，2路振动信号)和1路模拟量输出通道(接至变频器)。
       (2)起动
       m1和m2各有两种起动方式，可通过转换开关选择变频/工频起动方式。
       (3)运行
       正常情况下，电动机m1处于变频调速状态，电动机m2处于停机备用状态。现场压力变送器检测管网出口压力(4～20ma模拟量信号)，并与预定值相比较，经plc内部专用pid指令进行运算，得到变频器所需频率信号，自动调节电动机转速，达到所需管网压力。
       (4)停止
       按下“停止按钮”，plc控制所有接触器断开，变频器停止工作。
       (5)切换
       当需从电动机m1切换到m2时，接触器km2断开，km1闭合，此时电动机m1工作在工频下，在变频器完全停止后，km4闭合，变频器重新起动，电动机m2在变频器驱动下起动；完全起动后，km1断开，电动机m1停止，切换操作结束。电动机m2切换到m1过程类似。
       (6)报警及故障自诊断
       通过plc内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障立即停止相应操作并报警。对于故障自诊断功能，考虑到成本问题，未设计上位机，只设置相应故障代码，通过4位数码管显示，使维修人员可根据故障信息方便查找到故障点。如：(a)压缩机油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接送至plc，由plc控制实现声光报警和延时停车；(b)增设现场振动传感器，并将信号送至plc，对压缩机运行状况进行显示和诊断。

四、几点体会和设计中应注意的问题
       (1)采用变频控制后，实现了压缩机的软起动，减小了起动电流对电网的冲击；节电效果明显，1年内可回收全部投资。
       (2)采用plc后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行更加稳定可靠。
       (3)变频器、plc、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远控操作，方式简单灵活。
       (4)系统可扩展性较好。若有多台压缩机在变频/工频供电方式下运行时，只需将增加信息或信号引至plc，即可实现整个系统的自动控制；若生产需要，本系统也可方便接入dcs或上位机，建立人机界面的监控系统等。
       (5)预测性维护检修可大大延长压缩机使用寿命，提高可靠性，减少停车损失，降低运行费用。
       (6)plc控制电动机在变频/工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。
       (7)plc须实现km2和km4间的互锁，以防止2台电动机同时变频起动，使变频器因过载而损坏。
       (8)因2台电动机会在短时间内分别在工频和变频下同时运行，故变频控制柜的总电源开关需按2台电动机负载量考虑。