2004年10月在《變頻器世界》雜志上發(fā)表了“基于VB的計(jì)算機(jī)與軟起動(dòng)器的應(yīng)用文章
基于PLC控制的天然氣壓縮機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng)
摘要:本文主要介紹了通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)汽車加氣站用天然氣壓縮機(jī)的增壓壓縮控制方案,并簡(jiǎn)要說(shuō)明了S7-200西門子可編程序控制器和西安西普公司STR系列軟起動(dòng)器在本應(yīng)用中的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。該方案在實(shí)踐基礎(chǔ)上能滿足壓力、溫度監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。
關(guān)鍵詞:CNG 軟起動(dòng)器 PLC
0 概述:
隨著世界石油資源的逐步枯竭和國(guó)家對(duì)改善大氣環(huán)境質(zhì)量的高度重視,我國(guó)對(duì)豐富的天然氣資源進(jìn)行了勘探開(kāi)發(fā),實(shí)施西氣東輸工程,用天然氣作為汽車燃料已成為我國(guó)汽車行業(yè)的最佳選擇。在我國(guó)和國(guó)外的很多城市,天然氣資源豐富的地區(qū)開(kāi)始逐步使用天然氣加氣站代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加油站。本文所介紹的方案即為適用于汽車加氣站使用的天然氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用西普公司STR-B系列軟起動(dòng)器及SIEMENS的S7-200系列可編程控制器,壓力變送器、溫度傳感器等組成一套完整的天然氣壓縮機(jī)控制、保護(hù)系統(tǒng)。PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),易于擴(kuò)展和根據(jù)工藝要求調(diào)整控制方式;12位的模擬量采集精度能夠?qū)崟r(shí)有效的監(jiān)測(cè)各壓力和溫度的變化;文本顯示器使各壓力上、下限報(bào)警值設(shè)定更為方便、快捷,并實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)各壓力和溫度值的變化。
1 系統(tǒng)組成:
系統(tǒng)主要由天然氣壓縮電機(jī)(132KW)、STR軟起動(dòng)器、一用一備冷卻水泵電機(jī)、加熱器等組成主回路。STR軟起動(dòng)器負(fù)責(zé)在起動(dòng)過(guò)程中限制壓縮機(jī)產(chǎn)生的高起動(dòng)電流并于起動(dòng)完成后實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)故障;冷卻水泵用于對(duì)壓縮機(jī)的水冷。由西門子PLC系列(包括溫度和模擬量采集模塊、TD200文本顯示器等)和繼電器回路組成控制回路。所有故障、控制信息進(jìn)入PLC以滿足系統(tǒng)時(shí)序要求。系統(tǒng)要求由溫度傳感器測(cè)量各級(jí)排氣溫度,由壓力變送器測(cè)量進(jìn)氣和各級(jí)排氣壓力送往PLC模擬量模塊進(jìn)行處理。
2 系統(tǒng)要求:
控制系統(tǒng)采用PLC、模擬量模塊和文本顯示器實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù),進(jìn)行數(shù)值調(diào)整和故障報(bào)警停機(jī)等系統(tǒng)控制和顯示功能。壓縮機(jī)采用交流軟啟動(dòng)器并配合其多種保護(hù)功能完成啟動(dòng)和運(yùn)行檢測(cè)保護(hù)。具體要求是:
(1)主回路要求:
為了降低壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流,改善起動(dòng)特性,要求采用數(shù)字式交流軟起動(dòng)器進(jìn)行起動(dòng)。水泵電機(jī)直接起動(dòng)。軟起動(dòng)器起動(dòng)性能良好且要求在起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電機(jī)過(guò)載、三相不平衡和缺相等故障進(jìn)行報(bào)警和及時(shí)處理。
(2)控制方式和流程:
系統(tǒng)通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制功能。
A、手動(dòng):
手動(dòng)功能用于調(diào)試及檢修試車之用??梢酝ㄟ^(guò)按鈕單獨(dú)地控制主機(jī)和冷卻水泵的起停。
B、自動(dòng):
自動(dòng)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)檢測(cè)壓縮機(jī)、軟起動(dòng)器、水泵電機(jī)的狀態(tài),實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示進(jìn)氣、各級(jí)排氣和冷卻水的壓力和溫度,通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)主機(jī)的正常起停,自動(dòng)起停和故障處理等工作方式。自動(dòng)運(yùn)行時(shí),對(duì)水泵、壓縮機(jī)、進(jìn)氣閥門和各個(gè)排氣閥門根據(jù)制定的工藝流程進(jìn)行控制。故障處理及時(shí)、準(zhǔn)確,對(duì)于不同故障要求采取報(bào)警立即停車、報(bào)警延時(shí)停車或只報(bào)警不停車處理。在自動(dòng)模式下,應(yīng)有自動(dòng)定期排污處理,且排污周期、排污時(shí)間可以設(shè)定。
(3)人機(jī)界面
采用TD200中英文文本顯示器對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)氣壓力、各級(jí)排氣壓力和溫度進(jìn)行顯示,對(duì)各個(gè)壓力變送器的量程和系統(tǒng)報(bào)警上、下限值進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定值時(shí)應(yīng)有密碼保護(hù)。默認(rèn)顯示界面為系統(tǒng)累計(jì)工作時(shí)間。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì):
(1)硬件:
132KW天然氣壓縮機(jī)采用西安西普公司STRB132-3軟起動(dòng)器進(jìn)行起動(dòng)。STR系列軟起動(dòng)器具有兩種控制方式:鍵盤控制和遠(yuǎn)控;三種起動(dòng)模式:電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)和點(diǎn)動(dòng);兩種停車模式:自由停車和軟停車。本身具有缺相、電機(jī)過(guò)載、起動(dòng)過(guò)流、運(yùn)行過(guò)流、干擾和過(guò)熱等10種保護(hù)功能。采用獨(dú)特結(jié)構(gòu),在起動(dòng)完成旁路接觸器吸合后,仍然實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示電機(jī)電流,各種保護(hù)功能依然有效,不需外加電機(jī)保護(hù)器件。使用簡(jiǎn)單方便,一般工作人員在說(shuō)明書指導(dǎo)下即可進(jìn)行操作。本系統(tǒng)中,主回路和軟起動(dòng)端子接線如圖1-1所示。 控制系統(tǒng)采用西門子S7-200系列可編程控制器,選用CPU 226能滿足系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的要求。所有的控制信號(hào)、故障信號(hào),測(cè)量值(溫度和壓力)、設(shè)定值都進(jìn)入PLC進(jìn)行處理,根據(jù)系統(tǒng)要求,由軟件依據(jù)外部各個(gè)信號(hào)進(jìn)行起??刂?,報(bào)警控制及其他處理。
(2)軟件
軟件編寫平臺(tái)為西門子提供的軟件工具包STEP 7-MICRO/WIN32,S7-200系列小型化PLC可以應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng),結(jié)構(gòu)緊湊并具有強(qiáng)大的指令集,不需要用手持編程器,只需要在所提供的軟件環(huán)境下用梯形圖即可編寫出符合系統(tǒng)要求的控制程序。專用的PC/PPI編程電纜可以通過(guò)設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)將PLC連接到計(jì)算機(jī)。連接成功后即可進(jìn)行程序的上載和下載,并支持在線改寫。軟件的編寫根據(jù)控制工藝流程分為兩大部分:自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。在手動(dòng)模式下,允許對(duì)主電路的各個(gè)部分進(jìn)行獨(dú)立的操作,包括對(duì)壓縮機(jī)、兩臺(tái)水泵、加熱器等的單獨(dú)操作,在這種模式下沒(méi)有報(bào)警顯示和報(bào)警處理功能。在自動(dòng)模式下各個(gè)部分的起動(dòng)和運(yùn)行要受到水壓、進(jìn)氣和排氣壓力以及溫度的影響。其具體的程序控制流程如圖1-2所示。
4 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況
采用PLC控制的加氣站用天然氣壓縮機(jī)軟起動(dòng)系統(tǒng),由于天然氣易燃易爆的特性,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中充分考慮了設(shè)備的防爆性能,對(duì)于從非安全區(qū)采集的壓力信號(hào)通過(guò)安全柵進(jìn)行隔離保護(hù)。采用交流數(shù)字式軟起動(dòng)器代替了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方式,改善了壓縮機(jī)的起動(dòng)性能,對(duì) 電機(jī)故障可以進(jìn)行及時(shí)有效的處理,而且結(jié)構(gòu)緊湊使用簡(jiǎn)單,免維修。通過(guò)近百臺(tái)的實(shí)踐應(yīng)用,系統(tǒng)運(yùn)行可靠安全,故障處理及時(shí)準(zhǔn)確。
5結(jié)束語(yǔ)
壓縮機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于包括西安、長(zhǎng)春、成都、烏魯木齊等城市在內(nèi)的全國(guó)各個(gè)地區(qū),并出口至新加坡、巴基斯坦和孟加拉等國(guó)。隨著天然氣資源的逐步開(kāi)發(fā),尤其大城市中CNG汽車將逐步替代傳統(tǒng)的以汽油為燃料的汽車,應(yīng)用于汽車加氣站的天然氣壓縮機(jī)控制必將有更廣闊的前景。
參考文獻(xiàn):
[1] SIEMENS.S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè).2000.6
[2] 西安西普.STR數(shù)字式交流軟起動(dòng)器使用手冊(cè).2003.12
作者:原紅亮 王棟 劉春旭