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空分設備自動控制監測系統

zhizao 光洋電子(無錫)有限公司

1.概述:

空分設備是從空氣中同時提取氧氣和氮氣的成套空氣分離設備，其工藝流程為中壓帶透平膨脹機的克勞特循環。空氣從大氣中吸入空壓機，被壓縮到所需的壓力，再經末級冷卻器冷卻后進入氟里昂預冷機組，被冷卻至5℃左右進入純化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳氫化合物等物質，進入分餾塔。經純化后的壓縮空氣進入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來的氧、氮及餾份氣進行熱交換后經節流閥與膨脹機出來的冷空氣會合于下塔底部的蒸發器，在下塔進行傳熱、傳質過程。液空在下塔預分后，再節流到上塔進一步分餾，在塔頂得到純氮氣，上塔中部抽出之餾份氣經上換熱器回收冷量后作為純化器再生吹冷用，產品純氮氣通過管道輸往用戶。產品氧氣在輸氧管路旁接水封器后導入貯氣囊通往氧壓機。

空分設備控制方法以前一般是采用機旁柜方式，使用單回路調節儀及很多的儀器儀表配合人工進行控制，操作麻煩，采用PLC加上位計算機控制后，可以大大減少值班人員，提高系統的可靠性。自動控制系統下位機（PLC）主要分為以下幾個部分：純化器控制、精溜塔控制、膨脹機控制、貯氣槽控制系統；上位機監控系統主要包括：系統流程顯示、系統預警報警、數據記錄及圖形化顯示報表打印等

2.系統框圖如下:

3.功能介紹:

本高純氮設備由上下位機組成的電腦控制系統對整套裝置實施控制和管理。通過PLC控制柜編制控制程序，用它來處理運行整套裝置的所有輸入和輸出信號。個人電腦（PC）是PLC控制柜和操作員之間的人機界面，它里面安裝了人機交互軟件包INTOUCH組態軟件，電腦還連接打印機，可打印表格和圖形等。

3．1 上位控制主要功能

電腦控制系統的主要功能包括對整個裝置的工藝參數進行預設并傳輸到下位PLC，實時監視系統運行狀態，軟件連鎖和硬線連鎖，用鍵盤輸入操作命令，歷史數據記錄和處理（數據統計、產量累計、報表和圖形生成）等。操作畫面根據流程畫面分頁，分頁畫面包括氮氣站總流程，壓縮空氣系統，預純化系統，精餾系統，膨脹機系統，氮氫混配系統，液氮備用系統，管網壓力調節系統和加溫解凍系統等畫面，此外還有歷史趨勢畫面、報警畫面、打印報表畫面、參數總攬和調節回路畫面等。該控制系統中，設置三級不同的操作等級（常規操作級、參數修改級、工藝級）使用密碼保護，所有功能對工藝級開放，其他兩級為受限用戶。未經授權的操作人員只能查看運行狀況，只有經培訓合格的人員才會被授予操作權限。

精鎦塔畫面如下：

3．2 下位PLC主要控制功能

3．2．1 純化器控制

預純化器的再生有5個循環步，他們分別是卸壓（A），加熱（B），冷卻（C），均壓（D）和并聯（C）。邏輯控制軟件自動控制純化器的變溫吸附循環，控制過程的監控對象有加熱和冷卻溫度，閥門狀態，當前循環步，當前循環所剩時間和當前狀態等。如果控制程序出錯裝置會報警，錯誤嚴重時裝置會連鎖跳機。操作人員在停機后啟動裝置時，應根據停機時間長短或停機時的循環步來決定是恢復到停機前的循環步或通過步進開關來重新設定循環步來恢復裝置運行。

動作閥位表

	A 卸壓	B加熱	C冷卻	D加壓	E并聯
V301	關	關	關	關	開
V302	開	開	開	開	開
V303	關	開	開	關	關
V304	關	關	關	關	關
V311	關	關	關	開	關
V305	開	關	關	關	關
V306	關	關	關	關	關
EH301	停	開	停	停	停

純化器控制根據時間進行流程控制，使用KOYO的級式語言方式進行編程非常方便。級式編程語言，是光洋電子根據理論獨家開發的，力求成為理想的控制用編程語言。可以說是最適合流程控制的編程語言。

級式語言是面向工藝流程的可編程序控制器編程語言將控制過程按工藝流程分成若干動作工序，分別編制各工序的處理程序，并根據工序結束條件及工序轉移方向，將這些處理程序連接起來，就是2級式語言。如

在每一工序中對輸入輸出單獨進行處理，而不需考慮一般梯形圖所需的復雜互鎖關系，而且在調試過程中，對設備進行到什么狀態會非常方便。

部分控制程序如下：

3.2.2 精溜塔控制

有關測點的溫度、壓力、流量信號經模塊相應PLC的輸入模塊輸入到PLC，PLC根據上位機預設的相關參數，進行閥門的PID調節，閥門的開關，閥門的連鎖動作，預警及報警處理。

3． 2.3 脹機控制

有關測點的溫度、壓力、流量信號經模塊相應PLC的輸入模塊輸入到PLC，PLC根據上位機預設的相關參數，進行閥門的連鎖動作，根據制冷量的要求，由操作人員通過上位機根據測試點的參數控制膨脹機相關閥門開度以控制膨脹機轉速，當膨脹機由于意外操作或機器故障引起轉速過快時，會提前預警，達到連鎖值時會立即關斷進氣閥，打開旁通閥以保護膨脹機不致損壞。

3． 2.4氣槽控制

當管網壓力持續下降，通過中壓氮氣罐調節系統還不能將管網壓力維持在使用要求壓力時，PLC將指令打開液氮備用系統調節閥，從液氮備用系統補充氣化后的液氮來提高氮氣管網壓力,當管網壓力恢復時停止補充液氮。液氮備用系統還可在制氮裝置停運時，作為后備系統替代制氮機向管網供氣。

4. 應用效果: 使用基于以上PLC控制，上位機監控方式控制空分制氮（氧）設備大大提高了設備的自動化程度，減少了人為的原因引起的系統故障，同時大大減少了設備日常運行人員數量，為各使用單位帶來明顯的經濟效益。上位機畫面實時顯示設備運行狀況，提示故障時的應對措施，對設備操作人員提供了極大的方便性。機旁柜控制方式時，一名設備操作人員至少要經過1到2年的培訓和實踐才能獨立對設備進行操作，而采用本系統方式時，一名操作人員只需經過幾周的培訓就可以實際操作。該控制系統在上位機部分還設有不同操作人員的不同控制級別（密碼保護），這樣可以大大預防不熟悉人員對機器的誤操作。同時系統對運行過程中的數據實時進行記錄和保存，為設備的工藝工況分析提供了第一手數據，為設備的工藝改進提供了第一手資料。

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