實現空壓站無人值守
1．應用背景
在冶金，化工，電力，制藥等許多大型工程中，空壓站建設是一項重要的輔助工程。空壓站的主設備為空氣壓縮機，空氣干燥器，配套過濾器，儲氣罐，連接管道和閥門等組成一供氣系統。大型空壓站通常擁有多套設備，以保證不同負荷的需求。確保合格的供氣品質，滿足穩定的氣源壓力，供氣流量的自動調節等是空壓站自動化的基本任務。隨著自動化水平的不斷提高，建設無人值守空壓站的要求已是一個發展趨勢。
本案例應用于大型空壓站。該站有6臺每分鐘供氣200立方的螺桿式空壓機，6臺200立方處理量的冷凍式干燥器，另有兩臺80立方處理量的吸附式干燥器，采用母管制連接方式生產壓縮空氣。用戶要求：
1） 每臺設備應有自動控制和聯鎖保護裝置，并配有觸摸屏供現場觀察各工藝參數和設備狀態，可手動/自動切換操作及緊急停機；
2） 現場控制室應有計算機操作站，通過建立設備網絡，監控整個生產過程；
3） 空壓房的操作站應與廠區控制中心聯網，由控制中心的實時遠程監控，實現空壓站無人值守。
2．系統構成
2.1．控制網絡結構的確立
由于空壓房的操作站應與廠區控制中心聯網，由控制中心的實時遠程監控，實現空壓站無人值守。為保持一致性，空壓站自控設備全部選用碩人時代公司的STEC—2000系列模塊化可編程控制器，其帶有1個RJ45以太網接口，1個RS232接口，1個485接口，支持標準的TCP/IP、PPP和MODBUS協議。仔細分析了生產實際情況和各設備的特點，以及可能存在的問題，綜合各方面因素后確立了“中央監測，統一調度，現場控制”的實施方案。其基本理由是：
1） 技術性考慮，單一結構網絡在節點數量較大時安全性不夠理想。因為各設備控制器均掛在同一網絡上，任何一臺出現通信故障都可能影響整個網絡，嚴重時會引起網絡癱瘓，無法實現遠程監控。雖然本案例的設備總數并不算很多，但考慮到對無人值守的高標準要求，將設備網確定為分散控制網絡，以達到分散危險，提高網絡有效性和可靠性的目的，同時要實時遠程監控，實現無人值守。
2） 經濟性考慮，滿足基本要求的前提下，采用可擴展的STEC控制器，根據不同需要選用不同模塊，最大節約成本。
中央監測，統一調度，現場控制的特點：
a) 通訊層——工業以太網絡連接控制中心通訊服務器與各空壓站控制器1#STEC2000—6#STEC2000，以及各干燥器控制站7#STEC2000—14#STEC2000和現場控制室15#STEC2000，傳輸空壓站系統和干燥器的重要信息參數及各設備運行狀態，并實現控制中心的遠程控制操作。
b) 監控中心——通訊服務器：負責所有控制器的遠程通訊，以及相應的指令下發。數據庫服務器：負責承擔所有子站的數據存儲和數據處理。WEB服務器：負責現場控制室應有計算機操作站，通過建立設備網絡，監控整個生產過程；以及廠區控制中心的實時遠程監控，實現空壓站無人值守。
c) 現場設備層——和控制器子站采集現場各種信號，并且通過以太網傳到監控中心， STEC和彩色操作面板均可通過面板通信接口直接相連，現場智能儀表可以通過RS232和RS485相連。
碩人時代公司推出的STEC模塊化以太網控制器，它為可編程序控制器提供遠程編程支持的產品。它可以在可編程序控制器、操作員界面系統、個人計算機、主計算機、數字控制設備、可編程的具有以太網/RS-232 /RS-485接口的設備之間提供通信。它采用以太網線和雙絞線連接。
2.2 硬件配置
現場控制室——操作站計算機PC，15#STEC2000配置模擬量輸入/輸出模塊，開關量輸入/輸出模塊，共計128點，所有開關量輸出均采用繼電器隔離。15#STEC2000控制各設備子站以外的系統測點和閥門。
空壓機子站——1#STEC2000—6#STEC2000可編程控制器，分別配有包括模擬量輸入在內的64點I/O模塊。
干燥器子站——7#STEC2000—14#STEC2000可編程控制器，分別配有包括模擬量輸入在內的36點I/O模塊。彩色操作面板均可通過面板通信接口直接相連。
2.3．軟件組成和工作程序
編程軟件SRDev2.0 可使用戶在自己的電腦上組態開發，并且通過以太網線對控制器（STEC2000）進行編程，網絡上的任一個工業終端可以用來對網絡上的所有控制器編程。用戶既可以將程序下載到有關設備中，又可以從設備上載已有的程序，調試程序，監視設備的運行。
HOMS5.0 安裝在監控中心的服務器上，現場控制室的操作站可以根據權限來監視和操作整個生產過程，為控制系統提供通訊、顯示及報表管理等功能，以及相應的指令下發，數據的處理及存儲。
各設備控制器自成一子系統，其應用程序功能包括：信息采集，設備控制，故障報警，聯鎖保護，以及數據處理和通信傳輸。
3．控制主要功能
1）自動輪換運行。STEC控制器根據采集的信號進行綜合判斷，然后發出啟動、停機、加載、卸荷、報警等控制指令，監控空壓機組自動運行，使用權得總管壓力維持在設定的壓力下限值和上限值之間。若風壓低于壓力下限值就增加空壓機運行的臺數，若風壓高于壓力上限值則減少空壓機運行的臺數，達到既滿足用風需要、又可以降耗節能的目的。
空壓機連續運行8小時后機身溫度會很高，需要停機休息，用于散發自身的執量，以保證機器不受損傷。因此，空壓機需要進行輪換工作，以保證空壓機安全可靠運行，延長設備使用壽命。STEC控制器根據運行時間將受控于STEC控制器的空壓機進行排序，建立開機序列和停機序列，當需要增加空壓機的運行臺數時，控制器將啟動總運行時間最短的空壓機；當需要減少空壓機的運行臺數時，控制器將停止本次運行時間最長的空壓機。
2）延時啟動和延時停機。STEC控制器自身有較強的搞干擾能力，但現場條件、電網、用風量等各種復雜因素的影響，電機電流、電機電壓等受到干擾將產生誤報警；如果總管壓力的擾動發生在壓力下限值或者壓力上限值附近，將它們作為一般工狀處理就會出現頻繁啟動、停機現象，影響設備的可靠性和使用壽命。因此，需要對發出動作指令的起因信號作適當的延時處理，以消除振動，防止誤動作。
3）智能保護。空壓機主電機在啟動時，啟動電流為額定電流的5~7倍，對電網和其它用電設備沖擊很大，同時也會影響空壓機的使用壽命。所以，空壓機不宜頻繁啟動。為了使系統能夠對用風狀況進行準確判斷，并據此控制空壓機的啟動，在用風高峰期空壓機啟動較頻繁，當兩次啟動時間間隔小于的值時，將保持空壓機持續運轉而不停機，當連續兩次加載間隔時間較長時，可認為用風高峰期已過，空壓機投入間段運行狀態。另外，對電機電流、電機電壓、排氣壓力、進氣負壓、運行溫度、油溫、油濾壓差等重要參數進行實時監控，出現異常及時進行故障報警，并作出處理。
4．小結
·控制系統網絡化可有效實現空壓站遠程監控，無人值守。本案例的成功實施是一個很好的示例。
·本方案的實施，分散了故障危險，可提高網絡運行的有效性和可靠性。
·綜合分析生產實際情況，以及全面評價控制設備的各項性能指標，有助于制訂經濟性的控制方案，從而降低投資成本，提高經濟效益。
改進方向：
1）引入故障檢測和故障診斷的處理程序，系統的智能化程度可得到提高，有利于進一步改善自控系統的有效性和可靠性。
2）優化調度策略，軟件聯鎖保護等自動控制功能模式的應用，有望將自動化水平提升到更高層次，并由此獲得更大的效益。
整個控制系統隨同設備于2003年完成安裝調試工作，進入試生產。2004年正式投產，滿負荷運行，情況良好，達到設計的預期目標。