实现空压站无人值守
1．应用背景
在冶金，化工，电力，制药等许多大型工程中，空压站建设是一项重要的辅助工程。空压站的主设备为空气压缩机，空气干燥器，配套过滤器，储气罐，连接管道和阀门等组成一供气系统。大型空压站通常拥有多套设备，以保证不同负荷的需求。确保合格的供气品质，满足稳定的气源压力，供气流量的自动调节等是空压站自动化的基本任务。随着自动化水平的不断提高，建设无人值守空压站的要求已是一个发展趋势。
本案例应用于大型空压站。该站有6台每分钟供气200立方的螺杆式空压机，6台200立方处理量的冷冻式干燥器，另有两台80立方处理量的吸附式干燥器，采用母管制连接方式生产压缩空气。用户要求：
1） 每台设备应有自动控制和联锁保护装置，并配有触摸屏供现场观察各工艺参数和设备状态，可手动/自动切换操作及紧急停机；
2） 现场控制室应有计算机操作站，通过建立设备网络，监控整个生产过程；
3） 空压房的操作站应与厂区控制中心联网，由控制中心的实时远程监控，实现空压站无人值守。
2．系统构成
2.1．控制网络结构的确立
由于空压房的操作站应与厂区控制中心联网，由控制中心的实时远程监控，实现空压站无人值守。为保持一致性，空压站自控设备全部选用硕人时代公司的STEC—2000系列模块化可编程控制器，其带有1个RJ45以太网接口，1个RS232接口，1个485接口，支持标准的TCP/IP、PPP和MODBUS协议。仔细分析了生产实际情况和各设备的特点，以及可能存在的问题，综合各方面因素后确立了“中央监测，统一调度，现场控制”的实施方案。其基本理由是：
1） 技术性考虑，单一结构网络在节点数量较大时安全性不够理想。因为各设备控制器均挂在同一网络上，任何一台出现通信故障都可能影响整个网络，严重时会引起网络瘫痪，无法实现远程监控。虽然本案例的设备总数并不算很多，但考虑到对无人值守的高标准要求，将设备网确定为分散控制网络，以达到分散危险，提高网络有效性和可靠性的目的，同时要实时远程监控，实现无人值守。
2） 经济性考虑，满足基本要求的前提下，采用可扩展的STEC控制器，根据不同需要选用不同模块，最大节约成本。
中央监测，统一调度，现场控制的特点：
a) 通讯层——工业以太网络连接控制中心通讯服务器与各空压站控制器1#STEC2000—6#STEC2000，以及各干燥器控制站7#STEC2000—14#STEC2000和现场控制室15#STEC2000，传输空压站系统和干燥器的重要信息参数及各设备运行状态，并实现控制中心的远程控制操作。
b) 监控中心——通讯服务器：负责所有控制器的远程通讯，以及相应的指令下发。数据库服务器：负责承担所有子站的数据存储和数据处理。WEB服务器：负责现场控制室应有计算机操作站，通过建立设备网络，监控整个生产过程；以及厂区控制中心的实时远程监控，实现空压站无人值守。
c) 现场设备层——和控制器子站采集现场各种信号，并且通过以太网传到监控中心， STEC和彩色操作面板均可通过面板通信接口直接相连，现场智能仪表可以通过RS232和RS485相连。
硕人时代公司推出的STEC模块化以太网控制器，它为可编程序控制器提供远程编程支持的产品。它可以在可编程序控制器、操作员界面系统、个人计算机、主计算机、数字控制设备、可编程的具有以太网/RS-232 /RS-485接口的设备之间提供通信。它采用以太网线和双绞线连接。
2.2 硬件配置
现场控制室——操作站计算机PC，15#STEC2000配置模拟量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，共计128点，所有开关量输出均采用继电器隔离。15#STEC2000控制各设备子站以外的系统测点和阀门。
空压机子站——1#STEC2000—6#STEC2000可编程控制器，分别配有包括模拟量输入在内的64点I/O模块。
干燥器子站——7#STEC2000—14#STEC2000可编程控制器，分别配有包括模拟量输入在内的36点I/O模块。彩色操作面板均可通过面板通信接口直接相连。
2.3．软件组成和工作程序
编程软件SRDev2.0 可使用户在自己的电脑上组态开发，并且通过以太网线对控制器（STEC2000）进行编程，网络上的任一个工业终端可以用来对网络上的所有控制器编程。用户既可以将程序下载到有关设备中，又可以从设备上载已有的程序，调试程序，监视设备的运行。
HOMS5.0 安装在监控中心的服务器上，现场控制室的操作站可以根据权限来监视和操作整个生产过程，为控制系统提供通讯、显示及报表管理等功能，以及相应的指令下发，数据的处理及存储。
各设备控制器自成一子系统，其应用程序功能包括：信息采集，设备控制，故障报警，联锁保护，以及数据处理和通信传输。
3．控制主要功能
1）自动轮换运行。STEC控制器根据采集的信号进行综合判断，然后发出启动、停机、加载、卸荷、报警等控制指令，监控空压机组自动运行，使用权得总管压力维持在设定的压力下限值和上限值之间。若风压低于压力下限值就增加空压机运行的台数，若风压高于压力上限值则减少空压机运行的台数，达到既满足用风需要、又可以降耗节能的目的。
空压机连续运行8小时后机身温度会很高，需要停机休息，用于散发自身的执量，以保证机器不受损伤。因此，空压机需要进行轮换工作，以保证空压机安全可靠运行，延长设备使用寿命。STEC控制器根据运行时间将受控于STEC控制器的空压机进行排序，建立开机序列和停机序列，当需要增加空压机的运行台数时，控制器将启动总运行时间最短的空压机；当需要减少空压机的运行台数时，控制器将停止本次运行时间最长的空压机。
2）延时启动和延时停机。STEC控制器自身有较强的搞干扰能力，但现场条件、电网、用风量等各种复杂因素的影响，电机电流、电机电压等受到干扰将产生误报警；如果总管压力的扰动发生在压力下限值或者压力上限值附近，将它们作为一般工状处理就会出现频繁启动、停机现象，影响设备的可靠性和使用寿命。因此，需要对发出动作指令的起因信号作适当的延时处理，以消除振动，防止误动作。
3）智能保护。空压机主电机在启动时，启动电流为额定电流的5~7倍，对电网和其它用电设备冲击很大，同时也会影响空压机的使用寿命。所以，空压机不宜频繁启动。为了使系统能够对用风状况进行准确判断，并据此控制空压机的启动，在用风高峰期空压机启动较频繁，当两次启动时间间隔小于的值时，将保持空压机持续运转而不停机，当连续两次加载间隔时间较长时，可认为用风高峰期已过，空压机投入间段运行状态。另外，对电机电流、电机电压、排气压力、进气负压、运行温度、油温、油滤压差等重要参数进行实时监控，出现异常及时进行故障报警，并作出处理。
4．小结
·控制系统网络化可有效实现空压站远程监控，无人值守。本案例的成功实施是一个很好的示例。
·本方案的实施，分散了故障危险，可提高网络运行的有效性和可靠性。
·综合分析生产实际情况，以及全面评价控制设备的各项性能指标，有助于制订经济性的控制方案，从而降低投资成本，提高经济效益。
改进方向：
1）引入故障检测和故障诊断的处理程序，系统的智能化程度可得到提高，有利于进一步改善自控系统的有效性和可靠性。
2）优化调度策略，软件联锁保护等自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到更高层次，并由此获得更大的效益。
整个控制系统随同设备于2003年完成安装调试工作，进入试生产。2004年正式投产，满负荷运行，情况良好，达到设计的预期目标。
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