安钢1^#6000NM3/h制氧机膨胀机仪控系统的改造

                                    付晓敏

一  改造原因

我厂1^#六千制氧机是杭氧八十年代的产品，随着公司钢产量的不断增加及低温液体市场的日益红火，该设备已很难适应生产的需要，所以已对原设备进行了大的工艺上的改造，采用了目前国内空分的最新技术：全精馏制氩的新工艺，尽可能的增加氩产品和提高氧产量，使改造项目具有了较高的性能价格比。工艺上改造的成功，同时就给仪控系统提出了更高的要求，我们仪控系统必须为空分能够稳定生产提供仪控方面的技术保证，于是仪控就必须适应新工艺要求作出更精确，更稳定的控制。而且在我们这次改造中，要求工艺流程中重要的参数均进入中控室进行微机显示并实现微机联网。

在制氧机系统中，膨胀机是整个空分系统所需冷量的来源，膨胀机工作的好坏对整个空分系统的生产起着至关重要的作用。原来的膨胀机仪控系统采用的是原设备设计的控制装置较落后且投运时间较长，低压控制部分由继电器回路构成。所有的联锁控制系统均采用了继电器控制，包括膨胀机的主要的参数：转速信号，油压信号，轴温信号，以及膨胀机电磁阀的控制。控制回路硬接线相当复杂，加上继电器长期带电工作，继电器触点易老化，而且由于继电器的接点经过多次的动作以后，很容易造成接点的接触不良，故障率很高，严重影响设备的安全运行。而复杂的继电器控制中故障的查找和排除也是很困难的。在1^#6000制氧机多年的运行中，因为继电器本身固有的缺点，多次因为继电器的误动作使膨胀机偷停，给空分的正常生产带来了诸多不便。随着我们工艺上无氢制氩改造的成功，膨胀机就必须稳定、高效的工作，频繁的停车势必会严重影响空分的正常生产。为保障设备的安全运行，减少维护工作量，原有的控制装置必须进行改进。   

在膨胀机的阀门控制系统中，一直沿用的原设计的气动调节系统，特别是控制膨胀机转速的风机制动阀，由于采用的是气动调节系统，加之由于阀门本身老化的问题，使得阀门调节不灵敏，使操作人员对膨胀机的转速的调节很难准确控制，给生产带来了很多不便。而且由于原来风机制动阀不能快速切断，在紧急情况下，膨胀机不能快速制动，很容易引起设备事故。电磁阀的多次烧坏，严重影响了空分的生产，同时也带来了很大的经济损失。

为此我们为了满足新的工艺要求，适应更先进的生产需要，提出了要将落后的膨胀机的继电器控制系统进行改造，减少由于仪控故障引起的膨胀机的停车，使膨胀机能稳定、可靠的工作。

二  改造方案的确定

在膨胀机的仪控系统中，它的转速，轴温，油压等主要参数的控制是由外部继电器控制的，由于继电器本身难以克服的缺点，我们决定采用新的控制装置来取代老式的继电器的控制方式，使膨胀机系统的工作更加可靠，更容易维修，更能适应变动的工艺要求，为此我们经过功能、价格的比较，选用了可编程控制器，简称PLC（Programmable  Logic Controller）替代继电器控制。可编程控制器可以满足多样化自动化控制的需要。由于有紧凑的结构、良好的扩展性、低廉的价格以及功能强大的指令集。使得PLC能满足各种小规模的控制要求。小型PLC在集散系统中，使用范围可从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制。应用领域覆盖所有与自动检测、自动控制有关的工业和民用领域。它借鉴微型计算机的高级语言，采用极易为工厂技术人员掌握的梯形图语言，不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算，数据处理，模拟量PID控制，通信联网等功能。可编程控制器是用软件代替大量的中间继电器，仅剩下与输入、输出有关的少量接线，因而由触点接触不良造成的仪控故障减少了很多，同时也使设计、安装、接线的工作量大大减少，而且可编程控制器采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施，具备很强的抗干扰能力。可编程控制器还具有自诊断和显示功能，维修工作量少，维修方便。一台小型的可编程控制器就能实现非常复杂的控制功能，与相同性能的继电器控制系统相比具有很高的性能价格比，而且还可通过联网通信，实现分散控制，集中管理。鉴于可编程控制器具有的诸多优点，我们决定采用PLC控制系统。

在膨胀机原来的控制系统中，转速信号、轴温信号等主要参数用来显示的仪表均不具备联网通信的功能，为此我们选用带MODEBUS协议的英华达的无纸控制仪，使数据显示更准确，控制更精确，使用更经济，使主要参数的信号在中控室及调度的微机上联网显示，为以后进一步实现系统的微机控制、调节奠定基础。

在膨胀机阀门调节中，我们决定采用先进的电动调节系统对膨胀机的风机制动阀进行控制，并应用了工作更可靠的电磁阀，使风机制动阀的调节完全满足工艺的要求，并稳定工作。

三  改造时间及过程

在2002年10月，1^#6000制氧机进行检修，我们开始实施对膨胀机仪控系统的改造。根据膨胀机的控制原理，在PLC的输入端需要引入以下信号：

（1）转速高信号：（2）转速过高信号：（3）东瓦轴温过高信号；（4）西瓦轴温过高信号；（5）东瓦轴温高信号；（6）西瓦轴温高信号；（7）油泵油压≥0.15Mpa信号；（8）油压≤0.10Mpa信号；（9）启动信号；（10）复位信号；（11）停车信号。

根据膨胀机的控制原理，在PLC的输出端需要对以下信号进行控制：

（1）膨胀机停车报警信号；（2）转速高报警信号；（3）油压低报警信号；（4）东瓦轴温高报警信号；（5）西瓦轴温高报警信号；（6）调—4（5，6）电磁阀电信号；（7）空—5（6，7）电磁阀电信号；（8）调—4（5，6）模拟指示灯信号；（9）空—5（6，7）模拟指示灯信号；（10）膨胀机启动指示灯信号；（11）机柜的膨胀机开/停信号。

我们为了能充分利用PLC的输入、输出的点，使我们此次改造的性能价格比达到预期目标，经过对膨胀机控制原理的仔细琢磨，决定选用日本三菱的8点输入/输出的可编程控制器。为此我们为了用最少的点满足所有点的控制，就在信号进入PLC之前对线路的连接进行了重新设计，将原有的线路全部拆除，对一些线路进行了改造。

在输入端，由于有11点需要进行控制，而PLC 上的输入点只有八个，故决定将东瓦轴温过高信号和西瓦轴温过高信号在进入PLC端子之前就进行线路串联，然后把串联后的信号线接入PLC的一个输入端，这样只要有任何一个轴温信号过高就会把接点信号传给PLC，使得PLC 能够对膨胀机进行控制。同理也将东瓦轴温高信号和西瓦轴温高信号在进入PLC端子之前就进行线路串联，后把串联后的信号线接入PLC的一个输入端；在此次改造中需加装一个膨胀机复位按钮，但是模拟盘上已没有多余的按钮可以利用，于是决定将膨胀机的复位按钮和启动按钮使用一个按钮来完成控制动，我们在PLC的软件中通过PLC的程序对启动和复位按钮信号实现识别，而达到分别控制的目的。号分别对应一个PLC的输入接点，使得PLC的每个端子都被充分利用，这样设计以后不仅节省了PLC的接点，也充分满足了控制系统的需要，降低了改造成本。

在输出端，将西瓦轴温高报警信号与东瓦轴温高报警信号在外部进行串联，然后串联后的信号线接入PLC的一个输出端；调—4（5，6），空—5（6，7）阀模拟指示灯信号与膨胀机启动信号串联后共用一个输出端子，其余的控制信号分别对应一个PLC的输出接点，这样PLC的八个输出端子被充分利用，也完全满足了仪控的要求。

这样的设计就需要三块带8点输入、输出的可编程控制器，在PLC控制的膨胀机系统中，我们采用联锁电源与PLC电源分别供电，并在控制电源和联锁电源上加装了保险管，防止在外部节点短路的情况下，将危险源引入PLC，烧毁PLC的内部节点，这样就使得PLC的工作更安全。并加装了6个空气开关给它所需的220V电流信号进行控制。考虑到将油压信号引入计算机需将油压的电接点的测量改为变送器测量，而目前计算机还只具备对测量点显示，不具备对其进行控制、调节的功能，故暂未使用变送器对油压信号进行测量，仍用三块电接点压力表对油压信号进行显示、控制。

更换三块显示仪表，使膨胀机的转速、东瓦轴温、西瓦轴温通过英华达内部的设置实现轴温和转速的集中显示。通过外部接线，实现对膨胀机的控制。在我们实施改造的过程中，发现膨胀机的转速一直不能稳定的显示，这样势必在开车以后会因示值的频繁跳动引起膨胀机的频繁停车，经多次测试和检查以后发现，显示仪表的门槛电压高，我们和厂家的技术人员合作，降低表的门槛电压，使转速的显示稳定。

在所有外部接线完成并确定无误以后，根据膨胀机控制系统的联锁控制原理，利用专用的编程器通过编程语言进行编程，通过对膨胀机系统的各个联锁点的多次实验，均完全实现了我们预期的目标，而且准确率达到100%，完全满足了生产的需求。

五 使用效果

膨胀机控制系统改用PLC控制以后，经过一年多的设备的连续运行，膨胀机运行安全、可靠，从没有因为PLC故障引起膨胀机的停车，各个联锁点的控制准确，为1^#6000制氧机的稳定生产提供了保证。