摘 要：本文介紹了增壓機DCS系統的硬件配置及其強大的Mesh網絡結構，并對增壓機設備的控制進行了闡述。萊蕪鋼鐵集團60000m3/h空分系統增壓機是由西門子公司提供的帶入口過濾器、中間冷卻器和級后冷卻器的四級離心式壓縮機，由ABB高壓電機驅動。增壓機在空分系統的功能是將從分子篩出來的空氣進一步壓縮，以達到工藝所需的壓力。在增壓機的第一段出口，經一級、二級壓縮后的空氣抽取一部分送往膨脹機增壓端，剩余的空氣則繼續通過機組三級、四級的進一步壓縮后，送往高壓換熱器冷卻后節流膨脹進下塔。增壓機的輔助設備主要包括油箱電加熱器，輔助油泵和排油煙風扇。
1 硬件配置
DCS 系統采用美國FOXBORO公司推出的I/A Series控制系統，主要包括控制器、I/O 卡件、工程師站 1 臺、操作站 3臺、過程控制站1臺、打印機 1 臺。其中控制器與工程師站、操作站通過網關相連，操作站與打印機通過網關相連。
控制處理機——FCP270。FCP270是一個可選的容錯站，和與它相連的現場總線組件(FBM)一起可按組態好的控制方案對過程進行監控，它可實現連續控制、梯形邏輯控制和順序控制，完成數據采集、檢測、報警和傳送信息的功能。FCP通過串口連接FBM的底板，最多可串聯4塊底板，每塊底板有8個FBM槽位，FCP270最多可支持32個FBM。
現場總線組件——FBM。FBM即I/O卡，它是現場信號轉換部件，可將現場信號轉換成計算機信號。它又分為模擬信號和數字信號兩種類型，可執行多種功能。每個模擬組件有8個輸入輸出通道，數字組件有16-32通道。數字現場總線組件可執行多種功能，如事件序列監視、梯型邏輯控制和脈沖計數，所有現場信號與控制電子線路隔離，對模擬量輸入/輸出信號進行變壓器耦合與光電雙重隔離，且每路A/D和D/A轉換獨立，保證故障對系統影響最小。
工程師站。工程師站為獨立安裝，裝有系統軟件和應用軟件以及實時數據庫、歷史數據庫等管理軟件。實現對空分系統控制組態、監控畫面組態、歷史及趨勢數據的組態功能。按照應用操作站處理機 AW 進行配置，具有應用處理機 AP 及操作站處理機 WP 的功能，作為 AP 承擔網絡上的服務器功能，同時作為 WP 提供人機接口。
操作站。 操作站布置在控制室內，電源由 UPS 供電，實現操作人員監視和操作控制制機組設備功能。操作員的操作、工藝參數的報警由在線打印機自動記錄并打印。除監控功能外，操作站還提供單個操作畫面修改、軟件的備份、參數修改功能。
2 網絡結構
由于傳統的總線控制方式 傳輸速度緩慢，而且效率低下，只能夠分享共同的故障區域，并且同一時間內只能有一個進行通話。這直接制約著生產過程中控制系統的可使用率，生產過程中一旦出現控制網絡故障即會造成無法對制氧設備的操作與監控，造成制氧設備重大事故停車。因此，我廠切合生產需要構建了MESH網絡。
圖1 Mesh網絡結構簡圖
Mesh網絡組建時需將工作站、控制處理器和I/O卡直接接入同一網絡，所有各站均冗余以太網通訊;將電源系統、控制器、網絡設備均進行冗余，能夠實現無擾動切換，便于故障檢查和處理;現場總線采用FCP270控制器，使用FBI(現場總線隔離組件)進行信號和電器隔離;FBM經過FBI掛在總線上，它為控制處理機和現場傳感器/執行器提供接口，它們之間的通訊通過冗余的現場總線來完成。Mes網絡組建的結構簡圖如圖1所示。
3 控制系統的實現
增壓機的控制畫面包括增壓機氣路畫面、增壓機機器畫面、增壓機油站畫面和增壓機參數監控4副畫面，對增壓機運轉數據進行實時顯示和報警。操作員通過這4副畫面可以完成增壓機機器、油站以及相關閥門的實時操控。
增壓機的啟停控制。當工藝允許、機組允許和驅動允許三組條件同時滿足方可啟動增壓機。在增壓機啟動的時候，防喘振閥要全部打開，一直保持到啟動過程結束。同時，入口導葉需要關閉到最小位置，以保證電機無負荷啟動。
增壓機停車分為工藝停車、機組停車、驅動停車和緊急停車四種。當上面有任一情況發生，都會造成增壓機故障停機。所有故障都排除后，需在畫面上按下“跳車復位”按鈕進行復位，才能對增壓機進行下一次啟動。
增壓機油箱電加熱器的控制。油箱電加熱器的啟停主要由就地的溫度開關自動控制，DCS發出一個啟動允許信號，當允許信號為1時，允許加熱器投入加熱。如果就地溫度開關故障，超溫后沒有斷開，則會有一個超溫信號送到DCS，DCS再發出信號指令關閉油箱電加熱器。
增壓機排油煙風扇的控制。排煙風扇在輔助油泵運行中或增壓機運行中必須保持運行，當排油煙風扇電控允許信號以及輔助油泵、增壓機任意一個啟動信號存在，DCS便會發出信號，啟動排油煙風扇;當輔助油泵、增壓機均未啟動或者增壓機急停時，DCS便會停止排油煙風扇。
輔助油泵的控制。輔助油泵做為增壓機機器主油泵的輔助后備，在增壓機的啟動、停止階段為各設備供油。增壓機啟動后，輔助油泵仍會在運轉狀態，直到增壓機全速運行;增壓機停機時，輔助油泵會自動啟動并且會一直運轉，直到潤滑時間信號結束為止;增壓機運轉過程中，如果出現潤滑油壓力低，輔助油泵會自動啟動，如果出現密封氣壓力低，增壓機不會連鎖停機，因為增壓機運轉保護優先。
入口導葉的控制。在增壓機開車前，入口導葉在全關位置。當增壓機啟動后，允許加載條件滿足，入口導葉開到“最小位置”開度。增壓機卸載時，開度變為0。在增壓機運行過程中最小值MV1參與以下公式計算： MV=[(100-MV2)/100]*MV1+MV2
入口導葉的開度控制由MV的值決定，入口導葉的實際開度值與計算值有一個偏差計算，用以監控導葉開度的準確性，偏差為二者開度差值的絕對值。入口導葉的最小開度值由廠家給定。增壓機停機后入口導葉也需隨之關閉，并處在最小負載啟動位置。
增壓機控制系統自投用以來，增壓機運行穩定，實現了系統的啟停、連鎖、保護的自動控制，運行安全可靠，完成了增壓機獨立的控制功能，達到了理想的設計要求。
(作者單位：1萊蕪鋼鐵集團自動化部，2萊蕪鋼鐵集團能源動力廠)
參考文獻
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