空压机控制系统的优化与改造

摘要： 针对火电厂空压机控制系统在运行过程中存在的问题，根据控制系统程序设计的缺陷和安全稳定运行的可靠性，提出了一种有效优化空压机控制系统的改造方法，经过调试试验结果的分析，证明了该方法的可行性，并且有利于提高空压机控制系统的安全稳定运行。

Abstract： Aimed at the problems of the air compressor control system in the operation process in power plant， according to the program design defects of control system and the reliability of the safe and stable operation， a reconstruction method of effectively optimizing the control system of air compressor is put forward. Through analyzing the debugging and test results， the feasibility of this method is proved. And it is good for improving the safe and stable operation of the control system of air compressor.

关键词： 空压机；脉冲信号；优化；自保持回路

Key words： air compressor；pulse signal；optimization；self-holding circuit

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）31-0106-02

0 引言

随着火电厂单机容量的不断扩大，压缩空气的用量也随之增大，仪用空气作为电厂气动装置的动力源，在电厂中起着至关重要的作用，有些电厂甚至把仪用气压力低作为MFT动作的条件，所以为了提高空压机系统工作的安全经济性，采用PLC做为控制系统对空压机系统进行控制[1-2]。但由于设计初期对成产工艺及缺陷出现状况分析不完善，使得系统投运后频繁出现跳机故障，给安全生产带来了极大的安全隐患和经济损失[3]。为了提高空压机系统运行的可靠性，本文以大唐国际运城电厂600MW燃煤机组为例，结合现场的缺陷和空压机系统运行过程中表现出来的控制系统自身存在的不足，对空压机控制系统进行优化。

①空压机系统基本概况。

运城电厂的压缩空气系统共有11台双螺杆式空压机，其中8台运行3台备用（仪用/杂用压缩空气压力均保持在0.6MPa至0.8MPa之间）；有4台30m3储气罐，2台20m3储气罐，3台10m3储气罐，2台6m3储气罐，1台2m3储气罐；双螺杆空压机分别采用连续和间断两种运行方式，每台空压机具有自动加载、卸载和自动停车，自动启动功能；供气系统采用母管制运行方式，#1-#4空压机分别配备#1-#4组干机，供仪用压缩空气，#5-#11压机分别配备#1-#7冷干机，供杂用压缩空气；空压机出口空气中的油含量控制在5mg/Nm3以下，油颗粒大小控制在1？滋m以下，离设备外壳和地面1m处的噪音不大于85dB（A级）。

②控制系统的组成及运行方式。

空压机系统主控设备使用PLC控制，PLC采用双机热备冗余配置，一旦运行中的CPU发生故障，后备CPU便自动地接过控制权，达到无扰切换目的；上位机配置一台工程师站，具有对PLC系统进行逻辑编程，控制画面的组态，系统操作等功能。空压站系统通过网络交换机与全厂辅控网相连接，采用100M TCP/IP通讯协议，冗余光纤双网络传递，PLC数据送入辅控网服务器，辅控网操作员站设立专用操作界面，对空压站系统行操作监视。11台空压机，分别由11立的就地控制站进行控制，每台就地控制站能完全自动控制和自动运行，主要包括：空压机正常启停，连锁保护启停，手动操作方式与自动运行方式的切换，根据压缩机系统中的耗气量，用全负荷或空载自动控制压缩机的启动、运行或停机。同时还具有设备故障自诊断报警和各类异常工况报警功能。当就地控制站切换至就地运行方式时，空压机持续运行，各项报警，保护功能有效，切换至远方运行方式时，接受来自上位机的操作指令，空压机自动运行方式，根据手动设置母管压力高、低值，空压机自动启动，停止，各项保护仍有效。

1 存在的问题及分析

根据运行过程中出现的缺陷及几次事故跳机现象分析，发现有两个问题主要根源：一是空压机控制系统的PLC控制逻辑设计本身存在的缺陷，当空压机的控制方式处于远方自动时，接受PLC控制逻辑输出的启动长指令，当上位机输出停止指令时，PLC长指令复位，空压机停止，当PLC控制系统出现故障导致无输出时，全部空压机将会停止运行，全厂压缩空气压力为零，造成全部发电机组停运，发生非计划停机事故，会造成重大的经济损失和安全隐患。二是PLC控制系统运行的安全方面考虑不周全，全部空压机的启动指令集中在同一块DO卡件上，当这块DO卡件故障时，全部处于远方状态的空压机将会停止运行，必将造成非停事故的发生。

2 采取的对策及优化方案

针对空压机控制系统的逻辑设计时存在的问题，由于造成PLC故障无输出主要有以下几个原因：PLC的CPU故障，导致输出卡不工作；PLC电源或整个控制电源故障不供电，PLC停止工作，输出卡不工作；PLC自身网络不通，主站与子站通讯中断，导致输出卡不工作；PLC输出卡故障；PLC控制底板或输出板卡接口故障。所以在优化程序时，把PLC逻辑内启动长指令改为3秒脉冲启动指令至就地控制器，增加3秒脉冲停止指令输出至就地控制器停止空压机运行，而控制器程序已固化，只接受长指令，在不更换控制器的前提下，只能在空压机就地用继电器组成启动自保持回路，将程控PLC来的脉冲指令转换成长指令，再进入控制器。通过这样改造，当程控PLC故障或启动指令回路断路时，依靠就地继电器回路的自保持作用，不会影响空压机的正常运行；只有程控PLC发出停指令脉冲时，自保持回路断开，空压机才会停止，这样在PLC发生故障时，空压机处于运行状态，避免了因PLC系统故障而空压机全部停运的事故；因此在每台空压机的就地控制回路中，增加启动自保持回路和停止复位指令回路，接受来自PLC的脉冲指令。从空压机自身的安全保护方面考虑，新增加的自保持回路处于PLC输出回响未端，也就是处于控制器接受PLC指令的前端回路中，对空压机自身的保护不形成干扰，紧急停止按钮，自动停止等各项功能仍然有效。从控制系统安全方面着想，本着集中控制，风险分散原则，原设计输出指令分布在同一块DO卡件上，当此DO卡故障时，全部空压机全停，事故风险极大，为了分散事故风险，PLC增加一块DO输出卡件，把11台空压机的输出指令交叉分布于两块DO卡件上，这样当其中一块卡件故障时，另一块卡件仍正常工作，不会对空压机系统造成太大影响；为了避免就地强电对PLC输出卡件造成损伤，PLC启动、停止输出指令增加隔离继电器，避免输出通道损坏。

2.1 PLC控制逻辑优化

根据空压机控制系统长期存在的两点原因及控制方案，首先对PLC控制系统的逻辑进行优化改造，PLC系统增加一块140DDO35300的DO卡件，每台空压机增加一个停止指令输出点，重新分布输出信号，使11台空压机的启、停指令分别在不同的两块输出卡件上，分散故障风险。 修改PLC控制逻辑，启动停止逻辑由长指令改为脉冲输出指令，PLC软件和硬件组态完成后，修改操作画面，程序下装，修改后的逻辑图如图1所示。

2.2 电气保持回路设计

原每台空压机就地、远方控制由空压机就地控制器执行，空压机就地控制器接受启动、停止命令为一个通道，启动为闭合接点，空压机停止闭合接点断开，改造后远方、就地控制方式不变，均由控制器执行。就地空压机由接受PLC的长指令启动回路改为短指令回路，并增加PLC停止指令回路。重新设计就地空压机启动、停止回路，启动后，增加自保持回路，保持空压机运行，需要停止时远方发停止指令，自保持回路断开，空压机停止运行（图2）。就地每台空压机增加2只欧姆龙中间继电器（AC220V），端子排及二次配线。重新设计的空压机启动、停止回路不影响急停按钮的功能、作用。

3 调试试验

空压机控制系统优化改造完成后，具备以下条件后进行调试试验：①电气按照改造图纸完成就地自保回路并检查接线正确无误；②热工完成逻辑、画面的改造并确认PLC到电气控制柜接线正确无误；③将热工、电气工作票押回后通知运行人员取下“禁止合闸，有人工作”标志牌，恢复送电，在运行人员同意情况下进行试验。

调试试验的内容如下：①运行人员在空压机就地操作面板上由就地设置成远方自动“A”，远方监控画面显示“远方”在远方监控画面上进行启停空压机，并观察空压机的参数和状态是否正常。②远方启动空压机后运行人员在就地按“急停按钮”进行急停试验，空压机停运后电气负责检查自保持继电器，热工检查画面状态。③运行人员在空压机就地操作面板上消除报警，由急停恢复到远方自动“A”，在远方监控画面上进行“故障复位”停空压机转为“备用”。④运行人员在空压机就地面板上就地启动空压机，在切换到远方自动“A”，时，要在远方启动空压机。

4 效果分析

对空压机控制系统存在的问题的分析，针对控制系统设计存在的缺陷和运行的安全性方面，提出了优化改造方案，通过现场调试试验证明了其可行性，改造后，解决了因空压机PLC系统故障而导致空压机全部停止运行的事故发生，合理优化PLC系统控制控制方式，降低了控制风险，提高了空压机控制系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1]何勇.空压机的控制系统问题分析[J].江苏船舶，2011，5：27-28.

[2]李建刚，刘延霞，张龙.基于组态王与PLC的空压机监控系统设计[J].软件，2011，32（5）：93-96.

[3]马继明.西门子冗余PLC系统在电厂空压机系统中的应用[J].江苏电机工程，2009（1）：51-53.