韓明春，郭淑英，韓峰，孫義東

（沈陽鼓風(fēng)機集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽110869）

GERX3i在K101B新氫氣壓縮機組改造中的應(yīng)用

韓明春，郭淑英，韓峰，孫義東

（沈陽鼓風(fēng)機集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽110869）

闡述了K101B新氫氣壓縮機組改造后的控制系統(tǒng)組成，以及GERX3i PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠完全兼容原機組的GE90-30PLC控制系統(tǒng)。

GERX3i；PLC控制系統(tǒng)；K101B新氫氣壓縮機

1　引言

K101B新氫氣壓縮機組是中石油大慶煉化公司加氫改質(zhì)裝置配套的重要設(shè)備。該項目的控制系統(tǒng)是GE90-30系列PLC，由于GE90-30已趨于淘汰，取而代之的是GE公司推出的更先進(jìn)的產(chǎn)品。由于用戶要求對原機組進(jìn)行改造，改造后的壓縮機組控制系統(tǒng)必須與原機組的控制系統(tǒng)完全兼容，并且是技術(shù)成熟、先進(jìn)、高可靠性，能夠完全滿足新機組的各種壓力、溫度、液位等參數(shù)的檢測、調(diào)節(jié)、顯示、報警、聯(lián)鎖等功能。該控制系統(tǒng)的控制器、I/O模塊、所有電源設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備必須確保改造后的機組的安全可靠運行。經(jīng)過對原機組的控制系統(tǒng)組成充分消化后，決定選用GERX3i系列PLC系統(tǒng)來完成對K101B新氫氣壓縮機組進(jìn)行控制。

2　GERX3i PLC控制系統(tǒng)的主要特點

GERX3i PLC擁有模塊化設(shè)計，卓越的網(wǎng)絡(luò)和通訊能力與上位機通信，可以滿足過程控制的各種需要。每個模塊槽的雙背板總線支持老系統(tǒng)的90-30背板總線和新的PCI總線；串行背板總線支持已有的系列90-30 I/O卡，使之很容易的移植到新系統(tǒng)中；在控制器中有梯形邏輯文檔內(nèi)存和機器文檔（Word、Excel、PDF、CAD和其他未來發(fā)布的文件格式），減少停機時間，提高排除故障效率；支持高密度離散量I/O、通用模擬量（TC、RTD、應(yīng)變儀、每個通道的電壓電流組態(tài)）I/O、隔離模擬量I/O、高密度模擬量I/O、高速計數(shù)器；擴展I/O提供更廣泛的特性，如快速處理、高級診斷機制和一系列可組態(tài)的中斷，將新技術(shù)方便地集成到已經(jīng)安裝好的系統(tǒng)中，減少用戶對于短期或者長期系統(tǒng)升級的顧慮，可以更靈活、更開放地升級或者轉(zhuǎn)換。

3　K101 B新氫氣壓縮機組改造后的控制系統(tǒng)組成

K101B新氫氣壓縮機組控制系統(tǒng)由氣路系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、潤滑油路系統(tǒng)等報警聯(lián)鎖系統(tǒng)組成。

3.1氣路系統(tǒng)主要包括

工藝參數(shù)測量、聯(lián)鎖保護(hù)、壓縮機機身振動、活塞桿下沉在線監(jiān)測、氣量調(diào)節(jié)電磁閥控制等。

3.1.1工藝參數(shù)測量

系指被壓縮介質(zhì)的溫度、壓力、液位等工藝參數(shù)。溫度監(jiān)測：指壓縮機的進(jìn)、排氣溫度、壓縮機組軸承溫度、電機軸承溫度及電機定子溫度、填料溫度等；介質(zhì)壓力監(jiān)測：指壓縮機的進(jìn)、排壓力。液位監(jiān)測：指壓縮機各級分離器的液位、集液罐液位、水站水箱液位、機身油池液位、注油器液位、電機漏水控制等。

3.1.2聯(lián)鎖保護(hù)

機組開車聯(lián)鎖：潤滑油壓力正常：≥0.25 MPa（G）；壓縮機組空負(fù)荷；工藝滿足要求；盤車停止。

保護(hù)裝置：壓縮機機身上安裝振動變送器，當(dāng)振動超過報警及危險設(shè)定值時，去機組PLC控制系統(tǒng)公共報警及公共停機。

壓縮機組的各級活塞桿上方，安裝軸位移變送器，當(dāng)活塞桿下沉超過報警設(shè)定值時，發(fā)出報警信號去機組PLC控制系統(tǒng)公共報警并去在線監(jiān)測系統(tǒng)。

3.1.3負(fù)荷調(diào)節(jié)控制

壓縮機氣缸采用電磁閥控制的氣動卸荷器作氣量調(diào)節(jié)，卸荷器為指式，給氣卸荷，2個電磁閥分別控制各級氣缸的軸側(cè)和蓋側(cè)，實現(xiàn)0～50%～100%3檔調(diào)節(jié)。當(dāng)各級氣缸軸側(cè)工作，蓋側(cè)不工作時，壓縮機組50%負(fù)荷，當(dāng)各級氣缸軸側(cè)和蓋側(cè)都不工作時，為0負(fù)荷，此時送給PLC系統(tǒng)信號，壓縮機組方可允許啟動。當(dāng)各級氣缸軸側(cè)和蓋側(cè)都工作時，壓縮機組100%負(fù)荷。

3.2冷卻水系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的作用是給壓縮機氣缸、填料及冷卻器等提供冷卻水，由水箱、冷卻器、溫控閥等組成。為保證機組軟化水溫度、壓力的要求，該系統(tǒng)分別設(shè)置了必要的測量儀表、控制儀表和安全儀表等。壓力變送器將供水壓力信號送入控制系統(tǒng)顯示并監(jiān)控：當(dāng)壓力變送器信號水壓低于0.2 MPa（G）時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時聯(lián)鎖啟動輔助水泵；當(dāng)該壓力變送器信號水壓高時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時聯(lián)鎖停止輔助水泵。水箱裝有溫控閥、鉑熱電阻及電加熱器，當(dāng)水箱溫度低時啟動電加熱器，當(dāng)水箱溫度高時停止電加熱器。

3.3潤滑油系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)的作用是給機組提供潤滑油，由潤滑油箱、油冷卻器、油過濾器、油箱等組成。為保證機組潤滑油溫度、壓力的要求，潤滑油系統(tǒng)也設(shè)置了必要的測量儀表、控制儀表和安全儀表。

3.3.1就地測量儀表

測量儀表包括：潤滑油油箱液位測量、油溫、油壓測量儀表。

3.3.2控制儀表和安全儀表

控制儀表和安全儀表主要組成：潤滑油油箱液位和溫度報警、潤滑油溫度報警、潤滑油過濾器差壓報警、潤滑油壓力調(diào)節(jié)、潤滑油輔助油泵起動、報警、聯(lián)鎖等回路。

潤滑油溫度報警回路：在潤滑油冷卻器出口管路上安裝有鎧裝鉑熱電阻，用來檢測潤滑油溫度，測溫元件將油溫信號送至控制室顯示并監(jiān)控。當(dāng)油溫高于報警設(shè)定值時，發(fā)出報警信號去機組PLC控制系統(tǒng)公共報警。

潤滑油過濾器差壓報警回路：該回路的作用是檢查油過濾器的工作情況，當(dāng)油過濾器差壓超過正常差壓時，說明油過濾器應(yīng)該進(jìn)行清洗了。差壓開關(guān)將測得的油過濾器差壓信號送至控制室監(jiān)控，當(dāng)差壓超過設(shè)定值時，發(fā)出報警信號去機組PLC控制系統(tǒng)公共報警。

潤滑油壓力調(diào)節(jié)回路：在潤滑油站出口總管上設(shè)有總管油壓調(diào)節(jié)回路，通過閥后壓力調(diào)節(jié)的自立式調(diào)節(jié)閥對油泵出口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的作用是提供機組穩(wěn)定的潤滑油壓力和油量。

潤滑油油壓低報警、聯(lián)鎖回路及備用潤滑油泵啟動回路：潤滑油油壓低報警、聯(lián)鎖回路及備用潤滑油泵啟動回路由4個壓力變送器組成，壓力變送器將油壓信號送入控制系統(tǒng)顯示并監(jiān)控：當(dāng)其中1個壓力變送器油壓信號達(dá)到0.25 MPa（G）時，滿足起動條件，將信號送入控制系統(tǒng)參與開車聯(lián)鎖；當(dāng)該壓力變送器信號油壓低時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時聯(lián)鎖啟動輔助油泵；當(dāng)該壓力變送器信號油壓高時，PLC控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號；同時聯(lián)鎖停止輔助油泵。

當(dāng)另外3個壓力變送器油壓信號低于0.15 MPa（G）時，控制系統(tǒng)除發(fā)出公共報警信號外，同時三取二去PLC控制系統(tǒng)公共聯(lián)鎖停機。

4　K101 B新氫氣壓縮機組改造后的控制系統(tǒng)配置

4.1電源設(shè)計總原則

該控制系統(tǒng)采用冗余供電方式，24VDC電源配置了反向二極管，繼電器等元件的供電電源均配置了直流空開，并按梯度等級進(jìn)行布置。機柜內(nèi)卡件具有20%余量空間以便擴展。

4.2操作站

操作站的CPU采用Intel酷睿雙核3.0 GHz、2GB內(nèi)存、250GB的硬盤、帶刻錄光驅(qū)和1GB獨立顯卡，光電鼠標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)鍵盤。操作站配置顯示器（LCD），為22LCD，寬屏，分辨率不低于1280× 1024。

4.3通訊

配置光電轉(zhuǎn)換器一對、單膜光纖通訊，通訊距離可達(dá)到1 km。

4.4組態(tài)軟件

組態(tài)軟件選用的是GERX3i的intouchV12無限點開發(fā)版，輕輕松松地將原機組的控制程序升級并且轉(zhuǎn)換到新機組的控制系統(tǒng)中。

4.5GERX3i PLC卡件

基于K101B新氫氣壓縮機組改造后的控制系統(tǒng)的構(gòu)成，對該機組PLC控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，形成了該機組PLC控制系統(tǒng)軟、硬件配置見表1。

4.6系統(tǒng)配置圖

圖1　系統(tǒng)配置區(qū)

表1　

5　結(jié)語

由于GERX3i PLC內(nèi)部資源極其豐富，PLC采用的是“軟器件”、“軟觸點”進(jìn)行聯(lián)鎖，它并不改變PLC外部電路的結(jié)構(gòu)，使電路簡單化。該種聯(lián)鎖增加了PLC運算的條件，使得PLC在進(jìn)行輸出之前需要進(jìn)行更多的安全可靠性判斷，從而使系統(tǒng)的安全可靠性得到提高。通過系統(tǒng)保護(hù)程序的運行，使PLC能及時感知系統(tǒng)的故障，能更好的保護(hù)人身和設(shè)備的安全。由此可見K101B新氫氣壓縮機組改造后的控制系統(tǒng)利用GERX3i PLC系統(tǒng)上述提供的平臺，通過編程、組態(tài)軟件，對該機組的啟停順序進(jìn)行控制，對各個系統(tǒng)畫面在操作站上進(jìn)行人機對話，對冗余的設(shè)備進(jìn)行在線診斷、報警、自動切換及維修提示，完全能夠滿足機組的各項控制要求，并能實現(xiàn)與用戶的上位機進(jìn)行通訊。

Application of GERX3i in K101B Fresh Hydrogen Compressors Transformation

HAN Ming-chun，GUO Shu-ying，HAN Feng，SUN Yi-dong
（Shenyang Blower Works Group Corporation，Shenyang 110869，China）

This paper specified the structure of the control system after transformation for K101B fresh hydrogen compressors and the application of GERX3i PLC control system，which can be completely compatible with the original GE90-30 PLC control system.

GERX3i；PLC control system；K101B fresh hydrogen compressor

TH457

B

1006-2971（2015）02-0051-03

韓明春（1987-），男，助理工程師，現(xiàn)在沈陽鼓風(fēng)機集團(tuán)股份有限公司工作，曾多次獲科技成果一、二、三等獎。主要研究方向為往復(fù)壓縮機控制系統(tǒng)設(shè)計。

2014-10-11