馬海英,郝艷強(qiáng),米振生

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

天鋼聯(lián)合特鋼現(xiàn)有制氧車間三個,即四萬制氧、兩萬制氧、循環(huán)經(jīng)濟(jì)區(qū)制氧，制氧總產(chǎn)量為80000m3/h，主要向公司分廠供給氧氣、氮?dú)狻鍤獾?，其余剩余產(chǎn)品外售為公司創(chuàng)效。為滿足日常制氧及生產(chǎn)需要，全公司制氧車間共設(shè)空壓機(jī)15 臺，其中壽力空壓機(jī)8臺，開封空壓機(jī)5臺，阿特拉斯空壓機(jī)1 臺，西門子空壓機(jī)1 臺。為進(jìn)一步提高公司的經(jīng)濟(jì)效益,彌補(bǔ)公司壓縮空氣缺口，本著降低設(shè)備購置費(fèi)用和能利舊則利舊的原則，從其他公司低價購進(jìn)三臺閑置的壽力空壓機(jī)組，經(jīng)考察這些空壓機(jī)組閑置一年左右，設(shè)備狀況能滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝技術(shù)條件的要求。原空壓機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)是分別獨(dú)立的，沒有集中控制系統(tǒng)，為確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)約人力資源，需要在原控制方式的基礎(chǔ)上建立一套新的集控系統(tǒng)。

本文介紹了原空壓機(jī)站控制系統(tǒng)構(gòu)成，對購置的三臺空壓機(jī)原控制系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了對三臺機(jī)組實(shí)施集中控制的改造方案，并對新建集控系統(tǒng)實(shí)施后的效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 空壓站的組成

空壓站的組成主要包括：空氣過濾器、壓縮機(jī)、干燥器、儲氣罐、空壓站控制系統(tǒng)，其主要工藝流程如圖1所示。

圖1 空壓站主要工藝流程

1.1 空氣過濾器

空氣過濾器的作用是將原料空氣中灰塵和機(jī)械雜質(zhì)過濾掉，保證進(jìn)入空壓機(jī)的氣體干凈。過濾器主要由濾芯和殼體組成，濾芯在長期運(yùn)行過程中需要進(jìn)行定期吹掃清潔，以保證正常運(yùn)行，吹掃分為定時、定阻兩種方式。為實(shí)現(xiàn)濾芯定時、定阻吹掃，在過濾器的現(xiàn)場操作箱中分別安裝有響應(yīng)的儀表，即定時器和壓力開關(guān)。吹掃控制方式為：人工設(shè)置定時器的清潔間隔時間，當(dāng)設(shè)定的時間到時，電磁閥動作打開氣源吹掃濾芯；或人工設(shè)定壓力開關(guān)的動作值，當(dāng)濾芯阻力達(dá)到設(shè)定值時電磁閥動作開始吹掃濾芯。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況運(yùn)行人員可以自行選擇吹掃的方式，也可以開啟手動吹掃模式，其中手動吹掃模式優(yōu)先級最高。

1.2 空氣壓縮機(jī)

空氣壓縮機(jī)機(jī)組是空壓站的主體設(shè)備，主要包括空氣系統(tǒng)、油系統(tǒng)、水系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)。圖2為空氣壓縮機(jī)組系統(tǒng)圖。

空氣系統(tǒng)。由過濾器過濾后的空氣經(jīng)入口導(dǎo)葉進(jìn)入空氣壓縮機(jī)一級壓縮，一級壓縮后的空氣經(jīng)一級空冷器冷卻后進(jìn)入二級壓縮；同理二級壓縮后的空氣經(jīng)二級空冷器后進(jìn)入三級壓縮系統(tǒng)；經(jīng)三級壓縮后空氣進(jìn)入終級空冷器，最終產(chǎn)出具有一定壓力的空氣。為保證空壓機(jī)的正常安全運(yùn)行，在運(yùn)行過程中需要實(shí)時監(jiān)測各級的軸振動及級間空氣溫度。

油系統(tǒng)。油系統(tǒng)在壓縮空氣系統(tǒng)中的作用是潤滑軸承、減少運(yùn)行阻力以及降低軸承溫度。油系統(tǒng)運(yùn)行時應(yīng)實(shí)時監(jiān)測油溫和油壓值，保證油溫和油壓值在設(shè)定范圍內(nèi)，確?？諝鈮嚎s機(jī)的運(yùn)行環(huán)境。

水系統(tǒng)。水系統(tǒng)在空壓機(jī)運(yùn)行中是不可或缺的，空冷器的冷量來自水系統(tǒng)，油系統(tǒng)的油冷卻冷量來自水系統(tǒng)。

1.3 空氣干燥器

干燥器用于清除壓縮空氣中的水份，使壓縮空氣的露點(diǎn)小于零下40℃。干燥器根據(jù)變壓、變溫及吸附的原理清除壓縮空氣中的水份，并利用空壓機(jī)的余熱再生吸附劑。空氣干燥器的主要工藝流程：由空壓機(jī)出來的壓縮空氣通過冷卻器降溫，經(jīng)油水分離器分離后進(jìn)入吸附塔進(jìn)行吸附。空氣干燥器吸附塔采用雙塔循環(huán)工作制，即A、B塔吸附、再生循環(huán)工作，通過兩塔不斷的來回切換，來保證氣源不斷的情況下有效的進(jìn)行油水吸附及吸附劑再生[1]。

1.4 空壓站控制系統(tǒng)

空壓站控制系統(tǒng)和空壓站的組成一樣也分為過濾器、空壓機(jī)、干燥器三部分。其中過濾器的控制比較簡單即現(xiàn)場操作箱操作過濾器的啟停，在操作箱上選擇過濾器的吹掃方式；干燥器的控制系統(tǒng)為簡單的小型PLC-200系統(tǒng)，現(xiàn)場安裝的控制屏顯示當(dāng)前塔A、B 塔的工作狀態(tài)及周期運(yùn)行時間等信息；空壓機(jī)控制系統(tǒng)采用先進(jìn)、可靠的西門子S7-300 作為控制器，觸摸屏作為監(jiān)控畫面及數(shù)據(jù)顯示的終端，通過MPI 電纜與S7-300 控制系統(tǒng)連接，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、控制、通信。

2 原空壓站控制系統(tǒng)存在的弊端

由于原三套空壓站監(jiān)控系統(tǒng)分別獨(dú)立，沒有集控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，操作人員需要定時進(jìn)行現(xiàn)場點(diǎn)巡檢工作及完成數(shù)據(jù)的記錄，投入的人力資源較大，其次作為總的氣源供應(yīng)站，隨著生產(chǎn)不斷擴(kuò)大，需要對現(xiàn)場的三套空壓站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。基于此目的考慮在原控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新建集中監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對三臺空壓機(jī)組集中控制，以及運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和操作人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；另外還可利用該系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)壓力實(shí)時、動態(tài)調(diào)節(jié)各機(jī)組負(fù)荷，使三臺機(jī)組均衡高效運(yùn)行，提高空壓站的生產(chǎn)效率。

3 新建集控系統(tǒng)的實(shí)施

為不影響現(xiàn)場生產(chǎn)節(jié)奏，在三套空壓站運(yùn)行的狀況下進(jìn)行新建集控系統(tǒng)的實(shí)施。

3.1 集控系統(tǒng)優(yōu)化組態(tài)

由于原空壓機(jī)本體控制系統(tǒng)為西門子產(chǎn)品，從備品備件及運(yùn)行維護(hù)考慮，新建西門子S7-300 控制系統(tǒng)。將該系統(tǒng)作為主站，原三套干燥器S7-200系統(tǒng)及三套空壓機(jī)S7-300 系統(tǒng)作為從站，使用主站-從站（MS）組態(tài)模式，對原系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和交換。圖3為新建系統(tǒng)控制原理圖。

圖3 新建系統(tǒng)控制原理圖

利用PROFIBUS DP 通訊，將三套干燥機(jī)及三套空壓機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集到集控系統(tǒng)中，剩余的三套過濾器由于點(diǎn)位少控制簡單，直接將三套過濾器的啟動/停止和狀態(tài)信號用硬線連接到新建監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字模塊中，即實(shí)現(xiàn)集控功能的方式為PROFI?BUS DP通訊和硬線連接兩種。

3.2 集控系統(tǒng)硬件配置

首先進(jìn)行集控系統(tǒng)的硬件配置，設(shè)置該系統(tǒng)DP屬性工作模式為MS組態(tài)模式，且為DP主站，DP地址為2；在該項(xiàng)目下根據(jù)現(xiàn)場三臺空壓機(jī)的硬件CPU 配置SIMATIC 300 站點(diǎn)，分別為1 號空壓機(jī)、2號空壓機(jī)、3 號空壓機(jī)，按照站點(diǎn)不同設(shè)置從站DP地址分別為3、4、5，且DP工作模式均為DP從站，分別設(shè)置其DP 屬性組態(tài)，將主、從站對應(yīng)的地址、數(shù)據(jù)類型及傳輸數(shù)據(jù)的長度單位等設(shè)置一致。在每臺干燥器S7-200 中添加EM277 模塊，通過EM277模塊實(shí)現(xiàn)與主站通訊。添加完所有從站后的硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置如圖4所示。

圖4 集控系統(tǒng)硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置

3.3 集控系統(tǒng)監(jiān)控軟件配置

集控系統(tǒng)上位機(jī)采用西門子WINCC 監(jiān)控軟件，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主站PLC 系統(tǒng)與WINCC7.4 通訊。設(shè)置WINCC 工程項(xiàng)目中變量連接參數(shù)如下：即與變量連接的硬件IP 地址和主站S7 工業(yè)以太網(wǎng)中配置的IP 地址一致，到此實(shí)現(xiàn)了WINCC 工程項(xiàng)目與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時采集及通過上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。

3.4 集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

主從站之間的數(shù)據(jù)交換有三種方式：不打包數(shù)據(jù)交換、打包數(shù)據(jù)交換、直接數(shù)據(jù)交換。在本項(xiàng)目中空壓站采用打包數(shù)據(jù)交換：即在主站OB1中編寫SFC14程序段，插入接收數(shù)據(jù)區(qū)DB1；在從站OB1中編寫SFC15 程序段，并插入發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)DB2；同理，在主站和從站中分別編寫SFC15 和SFC14 程序段和數(shù)據(jù)塊DB3 和DB4,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互交換功能。上位機(jī)WINCC 通過數(shù)據(jù)連接從主站的數(shù)據(jù)塊DB1中采集數(shù)據(jù)同時通過DB3發(fā)送數(shù)據(jù)到從站，如此實(shí)現(xiàn)主從戰(zhàn)之間的數(shù)據(jù)交換[2]。干燥器系統(tǒng)根據(jù)從站設(shè)備的控制字及狀態(tài)字使用外部輸入PIB、PIW、PID 和輸出PQB、PQW、PQD 指令對從站的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀和寫操作[3]。

3.5 集控系統(tǒng)實(shí)施效果

在不影響現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的情況下，集控系統(tǒng)成功在天鋼聯(lián)合特鋼原三套空壓站投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對三臺空壓機(jī)組集中控制，運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、動態(tài)顯示，以及操作人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控整個空壓站設(shè)備的目的。圖5為新建集控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面。

4 結(jié)語

為增加經(jīng)濟(jì)效益，提高壓縮空氣生產(chǎn)能力，天鋼聯(lián)合特鋼本著少花錢多辦事的原則，從其他企業(yè)低價購進(jìn)三臺二手空壓機(jī)組。為保障低價購進(jìn)的三臺空壓機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少現(xiàn)場操作和運(yùn)維人員的投入，對原三臺空壓機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行了集中控制升級改造。

圖5 新建集控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面

新建集控系統(tǒng)的投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了三臺空壓機(jī)組現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況及參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控，極大提高了空壓機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定，減少了操作人員點(diǎn)巡檢的投入，節(jié)約了人力資源；另外該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，三臺空壓機(jī)在同一平臺上運(yùn)行，可以根據(jù)管網(wǎng)壓力實(shí)時調(diào)節(jié)負(fù)荷，連續(xù)性強(qiáng)，提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過幾個月的運(yùn)行監(jiān)測，該集控系統(tǒng)滿足了生產(chǎn)的需要，達(dá)到了最初的優(yōu)化目的。