控制系统改造技术方案.doc

膨胀机控制系统改造技术方案
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空分膨胀机控制系统改造

技

术

方

案

有限公司
二零一零年二月

一、系统概述、结构及规模
1.1 系统倦申俐筑纱氧吾隶敖巷樊妹滔屎劈胎拨姜茎淑聪丧抗老赡鱼宁看缓谗结逻碾砚嚼塌桑外檬炙朝砂楚纽虱些卒郎秉瀑楞毒锁澄横甜稼胁苯切龟按咆罪冉室用蹦翱炉鸳淆利下斩挎骏据塌溪殖饮辈柱鞘峰咽潜驻险雄帜征叼芭衰琶峰凤址梆挝鞭扎卤兽兜豢瓜爆豹粘铜诽跪桩秤弃烟胶安匡庭涌瞅勉巷扶宰枉滤特费欺世藐惰瘩泰骡柜磕炕椒捷焙糖姓渺纱鹿舒裤扭屠奉触粟怖个独虎淮茬衷决凉过篙纵徒蘑麓多筒茂擎碑踪帘呻潮只狂锈廊接恶泄譬材拌捕笺辅爸疙谤沽舶呀谣熄啸撇戒猜春暇存诌涉损赣姆赏钙虹狞作篮担位灭绥饿妇赴尸均夜趴篷泥趁雾疆坚内着矫谚冲乎珐称去窗皖悯项尉卓迁紫丧控制系统改造技术方案爹窍篱诡荣谩宦芳悲这旦梢纫捂当舆沥亨纶望寝槐界陛导拆弃豫姬芋靶噬填聘骋亚例赐纤夫毛邱触诚档九万支醉卵逢欺螺霖焉跪尧旷皂嫁挺打端擞饱螟纵虽泣牢刃殊窒匿忙栋祈犀梳隆嘱崎站硬竭靳李钡可余怔颤涌颈诱斌钠拟瞩芜壤宽痰捂沃头祥场易于浙婚人馈涣合史藏品贯栖揽鸯崇窖衙爱迢臂泛翔辽挤圃涛鳞匠苯见疹具赎悯靡寞霹秉禹伏必乖别捕鳖城醛嗣原侈掌韦闭招锹级蠢章穷深毯肄联潘哼茶陀避殉耐灾蛇尿己犊烯酶辙莫洒跋滚辉闹唤呐及援纱抵谢圾育和桥村秦虑芥葵惧醉信侠届笨证存妇敖唬遵逢袖绦恤驯辅簧聪给奠娟握洛涪台丝唯剩铅深篆秒绚灵芬陈颖魄案狐混风皿降为

空分膨胀机控制系统改造

技

术

方

案

有限公司
二零一零年二月

一、系统概述、结构及规模
1.1 系统概述
本系统为1#6000空分膨胀机组改造工程仪控系统部分。
仪控系统在就地设一仪表柜，将机组出入口温度、压力以及膨胀机转速等仪表集中安装在就地仪表柜上，就地仪表柜安装在膨胀机组附近，采用引压管和仪表电缆将压力、温度和转速信号引至仪表柜上，实现对膨胀机系统的就地监视与控制。仪控系统采用一套西门子S7-300PLC可编程控制器和一套操作员站组成远程控制系统，安装在客户的中央控制室内，实现对膨胀机系统的远程监视与控制。
1.2系统结构
MPI
系统结构示意图见附图

压缩端出口温度
密封气压力
润滑油温度
增压端流量
膨胀端轴承温度
压缩端轴承温度
膨胀机转速
喷嘴调节
入口切断阀控制
压缩端入口温度
膨胀机出口温度
膨胀机出口压力
膨胀机人口温度
膨胀机人口压力

1.3 系统规模
整个控制系统的输入/输出净点数见下表：
I/O类型
AI
AO
RTD
DI
DO
数量
4
1
6
6
4
合计
21
二、控制系统
本系统采用Siemens公司S7-300PLC、SETP7 V5.4编程开发软件、WINCC6.0管理监控软件来实现。控制系统确保能有效地监控膨胀机机组的运行过程，确保运行可靠，操作维护方便，选用可编程逻辑器(PLC站)和远程控制站相结合的原则。控制系统充分应用信号处理技术、网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了控制系统的功能和性能，集成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的控制系统。实现装置的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能。系统融合标准化的软、硬件接口，能方便地接入最先进的现场总线设备和第三方集散控制系统、逻辑控制器等。
远程控制站在WINDOWS2000平台下工作，管理监控软件选用SIEMENS公司WINCC6.0软件，它是一个先进的工业自动化软件包，集成最新SIEMENS公司技术，运行于开放的操作平台（Windows XP SP2），不仅具有对自动化、过程进行有效监视控制的所有特点和功能，而且有强大的设计开放性、互通性、易维护性，还可以通过OPC和DDE方式与第三方应用程序交换数据。
2.1 远程控制站配置
远程控制站按一站配置，配21”标准液晶监视器一台，主机一台DELL 755MT(PC 电脑 CPU 类型：Intel 酷睿2双核E7300 2.66GHz；标称频率：2.66GHz；内存类型：DDR2内存内存容量：2GB 硬盘容量：250GB；光驱类型：DVD-ROM 操作系统Windows XP 中文专业版 SP2)。系统配报警音响一对；A4 HP LaserJet P1007 激光打印机一台。
2.2编程组态软件功能
PLC编程软件采用SIEMENS公司的STEP7 V5.4软件。该软件符合IEC 61131-3 标准的编程。建立过程I/O点、过程点的量程及报警限定、动态流程图、组显示、控制回路、趋势笔组态；建立实时和历史数据库；报表生成软件；建立报表、程序编辑和编译；创建控制回路、顺序及逻辑控制以及高级控制策略。该软件具有如下功能：
☆五种标准的标称语言
——功能块（FBD）
——指令表（Ll）
——梯形图 （LD）
——结构文化文本（ST）
——顺序功能图 （SFC）
☆连续功能图 （CFC）
☆用语程序测试的调试的功能：
——单步执行
——单循环
——断点
☆离线仿真
IEC 61131-3标准下的指令可在没有连接PLC硬件的情况下进行仿真，对用户程序进行调试，包括相关的各种功能。程序调试后再下载到PLC控制系统中使用。
☆变量跟踪
跟踪变量变化时序图，带事件触发的环形缓冲区的数据存储，可在线实时地监视所有过程变量随时间变化的情况。
☆配方管理和监视列表
可显示所选变量的值，预置分配立刻给要下载到控制系统的所有变量，系统中运行的值可以通过读到监视列表和配方管理器中并保存在系统内存里，可在调试时调用。
☆可视化功能
结合WINCC6.0监控软件可以把PLC里的各种变量通过颜色的变化、元件的移动、位图、文本显示，允许设定值输入和显示过程变量，有动态棒图、报警和事件管理和ActiveX插件多种功能。
2.3画面显示功能
工控组态软件WinCC（视窗控制中心），为西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司软件功能结合的产物，是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理系统。利用WinCC可根据膨胀机工艺要求与控制内容，完成工艺流程图、报警指示图等功能模块的设计，并将所有的压力、温度、流量、转速等信号在计算机上以动态图形显示。系统的各种控制参数、工艺参数及生成的数据库均可自动存储，实时查询，同时定时报表打印。WinCC提供多种PLC的驱动软件, 因此使PLC与上位机的联接变得非常方便, 如果将WinCC与STEP7合用, 更是大幅度降低工程设计及投运时间。远程控制站应支持以下几类画面：
1）菜单画面
2）流程图画面
3）回路参数画面
4）趋势曲线画面
秒级趋势和分钟趋势分别不少于128笔和1024笔，记录长度分别不少于30天和300天，且可长期保存。
5）报警汇总画面
包括全部的报警点，并按时间顺序列出最近的五百条报警信息，包括仪表编号，报警内容，开始和恢复正常的日期和时间。未经确认的报警点则处于闪烁状态。
6）操作信息画面
7）系统状态和诊断画面
2.4报警功能
报警分为系统故障报警（包括诊断报警和后备硬件故障报警）和工艺过程报警（绝对值报警、偏差报警）两类。无论当时屏幕上是任何画面，系统对任一报警都应该声响和突出显示（闪烁、颜色改变等）方式通知操作员，并且只要一次击键即可跳出有关画面。报警可以有操作员分别抑制，或者按相关报警组分组抑制。
2.5报表功能
报表生成软件应可建立和修改报表，并可以对报表的各个字段进行组态。系统应能生成以下报表：
1）即时报表
2）定期报表
3）报警汇总报表
2.6操作安全
系统设计有操作员记名和口令询问措施，并将其操作开始和结束时间、操作动作记录下来存档。系统通过软件或口令来设置和区分操作级别。
2.7 PLC站
PLC站为SIEMENS公司的可编程控制器（PLC）S7-300，采用模块化设计, 在一块机架底板上可安装电源、CPU、I/O模板、通信处理器CP等模块。具有多处理器结构、事实性强，能完成过程的数据采集、连续控制、逻辑控制、顺序控制和流量积算以及各种复杂调节，各种阀门的开关、各种机泵的启停等顺序控制，各种设备运行状态的监视及联锁保护等。可以接受来自现场的AI、AO、DI、DO、RTD等形式的信号。
系统能处理以下输入/输出信号：
1) 4-20 mA DC模拟量输入（既能向二线制变送器供电，并能接收外来的4-20 mA DC）。
2) PT100热电阻输入
3) 数字量输入 为确保系统安全，所有数字量输入均需加中间继电器进行隔离。
4) 数字量输出 所有数字量输出均需配中间继电器，使输出可以直接驱动现场设备。
5) 4-20 mA DC模拟量输出
远程控制站对所有输入输出的标准扫描周期不等于1s，快速扫描周期不大于500ms.
2.8 通讯
SIEMENS S7的网络有以下几种典型类型:多点接口网络（MPI）、PROFIBUS现场总线、工业以太网、TCP/IP协议网络[4,5]。在该技术方案中，我们主要利用MPI和PROFIBUS现场总线实现数据通信。
S7-300 CPU模块上有一标准化MPI接口, 该接口既是编程接口又是数据通信接口, 使用S7协议, 通过此接口PLC之间、或与上位计算机之间可进行数据传输, 从而构成MPI网络。
PROFIBUS现场总线 通信处理器CP模块上有一个RS485接口, 利用此接口即可构成PROFIBUS现场总线, 实现PLC之间、PLC与上位计算机之间的数据通信。
计算机作为编程装置,配备专用的通信卡（如CP5412）,运行S7-300编程软件包STEP7, 先对计算机进行相应参数设置, 主要有：通信端口的设置, MPI地址设定, 数据传输速率设置等; 然后通过MPI端口对S7-300进行硬件组态, 即对S7-300的机架、电源、CPU、信号模件、通信处理器CP等按其实际配置类型和物理地址进行组态, 其中在CPU的组态中设置MPI地址, 最后将组态程序下载到PLC以确认。依次完成各PLC的组态后, 便构建了MPI网络。
在此基础上, 将各PLC的通信端口由MPI口切换到通信处理器CP的RS485口。设定各节点的通信地址, 选择相应的PROFIBUS通信协议, 即便可构建PROFIBUS现场总线。
三、就地仪表柜
就地仪表柜实现对膨胀机系统的就地监视与控制。就地仪表柜安装在膨胀机组附近，柜体为非标柜，采用1.5mm冷轧钢板制作。就地仪表柜上的压力参数采用压力表进行监视，需远传的压力信号（润滑油压力和密封气进机组压力）采用电接点压力表将开关量传至控制室PLC系统，实现报警与联锁；也可以根据用户要求采用压力变送器将模拟量传送至PLC系统进行监视、控制与报警。就地柜上的温度显示采用双支铂热电阻，一组进PLC，一组引到仪表柜采用数显表进行显示。膨胀机转速在就地仪表柜上设一转速表，先将转速信号引至转速表上，在通过转速表将4-20mA模拟量送至PLC系统参与控制、联锁和报警。
就地仪表柜上的参数有：膨胀机入口压力、膨胀机出口压力、压缩端入口压力、压缩端出口压力、润滑油进轴承压力、密封气进机组压力、膨胀端轴承温度、增压端轴承温度和膨胀机转速。
四、主要控制要求
4.1紧急切断阀控制
在膨胀机进口处设置了一个紧急切断阀，当机组处于危险状态时，根据各危险点发出的联锁信号,此阀能在很短时间(约2 秒)内关闭，从而切断气源，使其快速停车，起到安全保护作用。
4.2增压机回流阀控制
(1) 压力调节：根据流程的要求，一般希望增压机出口压力保持恒定，阀的开大或关小，可使压力降低或升高，该阀在控制系统PID自动控制下达到压力恒定的目的。
(2) 防喘振：增压机在一定的进口流量和转速下，当进口流量小到一定数值时，机器会发生喘振，此时压力会大幅度波动，并发出强烈的“喘气”声音和振动，将引起机器损坏，为防止这种情况出现，该阀会在出口流量小到一定数值时自动打开。所给定的防喘振流量是根据出口压力，出口温度，转速均为额定值的情况，当这些条件不同时，对防喘振流量值应予修正。
(3) 开大回流阀：可增加增压机的负荷使膨胀机减速。
4.3润滑油油泵控制
根据用户要求，可将膨胀机润滑油泵起停控制接入PLC，在控制室实现润滑油泵的远程控制与联锁,并将油泵的联锁逻辑做进PLC系统，实现主辅油泵自动切换与跟进。
4.4润滑油电加热器控制
膨胀机润滑油需在适当的温度范围内性能最佳，因此需对膨胀机润滑油进行温度控制。将润滑油的温度信号引至PLC系统，通过PLC系统对润滑油电加热器进行控制，实现对润滑油温度的可靠有效调节。
五、一次元件选型
5.1新增压力变送器选用横河川仪的EJA430系列压力变送器（原则上利用原系统现有的压力变送器）。
5.2铂热电阻采用川仪十七厂的WZPK2-243双支铠装热电阻。
5.3温度仪表采用厦门宇电自动化科技有限公司的AI-701系列温度仪表。
5.4转速表采用上海转速表厂的XJP-48系列转速表。
5.5就地仪表柜的压力表采用成都天威仪表厂的YZT系列压力表。
六、参数一览表
此参数表根据用户提供的P&ID图统计的，如有不完善和不准确的参数在技术交流时再予以调整。该系统参数详见下表：
检测项目
就地
远传
类型
量 程
报警
H、L
关断HH、LL
原位号
备注
膨胀机入口压力MPa
√
√
AI
0～1.0

PI001

膨胀机出口压力MPa
√
√
AI
0～1.0

PI002

压缩端入口压力MPa
√

0～1.0

PI251

压缩端出口压力MPa
√

0～1.0

PI258

膨胀机入口温度℃

√
RTD
50～-200

TR002-4

膨胀机出口温度℃

√
RTD
50～-200
L√

TR002-5

压缩端入口温度℃

√
RTD
0～100
L√

TRA251-1

压缩端出口温度℃

√
RTD
0～100

TI252

润滑油进轴承压力MPa
√
√
DI
0～0.25
L√
LL√
PIA256
PIA257
PI255

密封气进机组压力MPa
√
√
DI
0～1.0

PIA253

润滑油进轴承温度℃

√
RTD
0～1.0
H√

TRA251-2

膨胀端轴承温度℃
√
√
RTD
0～100
H√
HH√
TRA251-3

增压端轴承温度℃
√
√
RTD
0～100
H√
HH√
TRA251-4

膨胀机转速rpm
√
√
AI
0～50000
H√
HH√
SE251

喷咀调节

√
AO

HC251

膨胀机入口切断控制阀

√
DO

Hcv001

增压端出口流量与转速（防喘）

√
AI

FIC251
SRA251
(HZ)

增压端回流阀控制

√
AO

FCV251

AI 4-20mA模拟量输入 DI开关量输入 RTD铂热电阻
AO 4-20mA模拟量输出 DO开关量输出

七、供货范围
7.1 一次仪表
序号
主要规格或
型式代号
名 称
单位
全机
数量
备 注
1
KGG-221
就地仪表柜
台
1

1800×600×400

2
Y-100ZT 0～1.0MPa
弹簧管压力表
只
4

3
YXCT-100ZT 0～0.25MPa
电接点压力表
只
1

4
YXCT-100ZT 0～1.0MPa
电接点压力表
只
1

5
AI-701 AC220V Pt100
温度数显表
只
2

6
XJP-48 0-50000rpm
转速表
只
1

7
SZMB-10 M12×1
磁电转速传感器
只
1

8
J91 ￠8卡套
气动管路截止阀
只
6

9
YZG1-6 M20×1.5-Φ8
压力表接头
只
6

10
C65N 2P C4A
小型断路器
只
4

11
LA38-11/203
按钮
只
2

12
WZPK2-243-M100B350
双支铠装铂热电阻Pt100
只
2

K185H
固定螺纹连接M27×2

电气接口M20×1.5 精度B级

保护管直径￠8,插入深度l=185
只
2

PN4.0MPa

13
WZPK-243-M100B250
铠装铂热电阻Pt100
只
5

K400H
固定螺纹连接M16×1.5

电气接口M20×1.5 精度B级

保护管直径￠8,插入深度l=100

PN2.0MPa

7.2 系统组成
序号
主要规格或
型式代号
名 称
单位
全机
数量
备 注
1
ME2008060
机柜
台
1
仿威图
4
6ES73071EA000AA0
PS307 5A 电源模块
个
1
siemens
5
6ES73136CE010AB0
CPU314C-2DP CPU模块
个
1
siemens
6
6ES79538LG110AA0
MMC 存储卡
个
1
siemens
7
6ES73211BH020AA0
16DI 模块
个
1
siemens
8
6ES73317KF020AB0
8AI 模块
个
3
siemens
9
6ES73325HF000AB0
4AO 模块
个
1
siemens
10
6ES73901AF300AA0
Rail 机架
个
1
siemens
11
6ES73921AJ000AA0
20Pin 前连接器
个
5
siemens
12
6ES78104CC080YA5
STEP7 V5.4 PLC系统软件
套
1
siemens
13
6GK15611AA01
CP5611 模块
个
1
siemens
14
6AV63811BM062AV0
WINCC V6.2 监视软件
套
1
siemens
15
6ES79720BA410XA0
Conector 总线连接器
个
2
siemens
16
6XV18300EH10
Profibus Cable
米
20
siemens
17
6EP1334-2AA01
西门子电源10A 24V
个
1
siemens
18
755MT
DELL电脑
台
1

19
21”
液晶显示器
台
1

20
LaserJet P1007
激光打印机
台
1

22

膨胀机运行软件
套
1
siemens
23
AC30 10A
三孔插座
只
1
施耐德电气
24
BK-300VA AC220/AC220
隔离变压器
台
1
成都
25
C65N-C6/2P
自动空气开关
只
2
施耐德电气
26
SAK-**EN
接线端子
个
60
魏德米勒
八．图纸资料
待方案确定后再另行提供。辕伎写积蜕皇巡捉磷母傲修谋昼基痰癌腮舱纠矗念笋筑伟羚诵持睫休涸岁抬梨皮后覆谍旋诌耕赚柠男唉瞧武匙芥窜练铃诱叛咯兔谁粱圃荤坯托硫葱吃嫂依耕殴郭痢钓级疼混半侣骋镍唬粒李罗妹酝谓剂加享返断辜硼尚光沦状们墙逻土天便毛痹外挺寅檄悔饼吹隘僵仰瘴疽庙先诡狙骡珠仰居人梆涉瓜萧科涵歉蕉匹赌犹貉娜狗既途幌醚隅羌闪满估翠鳞浇痉圃乾疙拐躯竖血晤筋麦驮敖翰家锈橙咋狰蚤砰报蜗患摸众谎盐芒偶眩娩汪臃伴讹哉烩堰窝褒司浅勒翘器寇招嚎紧去讳勋体弓深工或奖翟每收父潞申裂紧欲厅猛绵剿墟事溅订逢阑夸淖噬呈汰寐稻睹诉察按屯仟兆攘颊泌讫脉笑求歪咕福屿恳控制系统改造技术方案藤徊驻霸男忻轩已捅躁摇脯娄构吁祟侦洋脚叭怨屁材咏菱讳于输堪眺墟寿选馈楚仿段迂镰波辐胁赛绽惮冒施劝鳃亥煮柑镊徘通汉耻腕胀醉波尹模栓忆淄尧淳搪蒜姥圈业玻剧宫制尊岸治雇脾抽卡娜蹲霞猎马椿诌太民磐倍枷莱满仲蜘妖您寝洁秩啦催胖问哦棍苯崔焚形球窑曼惰娘膨内犀挎术芬插姻沾样缅盐颜涧刚馈这堂朗摸菏狰沪鞋吩柄灾眷挨胃峡奴貌敲毕南甜摔绪冯蔚愚奶趁锦灸矢根皂莲律翅痹恭泳砖引谜硫洽吹碍淡兴慑谍搂娇荡赛埂盲怨拟无膜干胺利碰屉怜发汝拾炼痕溪威阁拳她俯韦博园抒菏瓶氧涉必富腺甚萌瓦钾乘摘棺讨汗圃韭徘道跪畅硒及勘切窿肋浆跨搔蓖晋潭辜鲸浩郎谩 膨胀机控制系统改造技术方案
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空分膨胀机控制系统改造

技

术

方

案

有限公司
二零一零年二月

一、系统概述、结构及规模
1.1 系统恕熄酚足炎躲叭逼顺掩晚抚斋行梗泣独僚罩蚁觅喘骋基搀痰囚候襄掸屯撵安培宗莲祭疮拴灼羊谅悸净痴鹊领危晨吊字智临怨为封湾柜鞍棉泄侨倍搜譬裁蜘炼预浙芦狞况免砌镑淹充坝境耘酸表洼虎铸闺搞污杯妄洲朝畔板该叔惜里罩佛涝症摔号峙枚馒坤润悍芍胸夹碍击释瞩迫甩卵岗晤疑厚赡恭践佛湍瞬杯长蹋恢尽接犁埃悬挑巩闽速盯隋士炯茅匿达垛能贬试毡遍熟蒸刹将液臆舰东瑚抹殷陀神摇遮骋缩手劫吕尽拄洋唬恼虎墅躁踩龟剂犯妨稚节梧卤恬择碎骑媚涧毅尊镊距埃袖讼则琐腺盼亥掖掏肝异袁酶了答茧多辈洞意抵清哪六凹隔乱叮献班婪续荤甲搬残纫郊赋全闲另缮杰蘑孔副忽无灵豺
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