西门子模块总代理商-三明地区

目前，空压站的自控系统通过西门子S7-300西门子PLC可编程控制器，将部分空压机的实时运行数据通过RS422/485通讯接口采集进西门子PLC控制系统，并将数据传送到现场控制室的TPC1561HI上进行显示，以代替传统仪表。但是没有对空压机进行控制。

    空压机设备自带的CMC控制器已经能很好的控制单台空压机，但是不具备对空压系统的整体调控能力。在空压系统中，相对单台空压机的调整，空压系统的整体自动调控具有更重要的意义：

    ■单台空压机无法保证空压系统整体供气压力的稳定，而空压系统的整体自控可以有效保持系统内空气压力稳定。

    ■整体的负载平衡，减少排气放空，可以节约更多的能源，节省人力成本。

    ■可以实现无人操作，根据实际需要自动开机或加载空压机以保持系统压力。

    ■可以定时间断地记录空压机运行数据和报警，如跳车、喘振、通讯故障、压力等。

    在已有的西门子PLC系统中，没有实现空压系统的整体调控功能。由于空压机自带的CMC控制器提供了RS422/485通讯接口，所有的数据采集和控制功能都通过通讯接口来实现，对比原有的控制系统，不需要增加硬件设备的投资，只需要改进和增加控制软件即可实现空压系统的整体控制。

    除空压机设备外，还可以将与空压机配套的冷冻式干燥器集成到RS422/485网络中来，实现空压供气设备的全面自控。

    空压站其他系统的自动控制

    除空压供气系统外，空压站的其他系统也需要进行自动控制，如水循环冷却系统等。这些系统的控制方法与空压供气系统不同，主要是采用传统控制模式。使用仪表采集需要的运行参数，进行数据处理和分析运算后，输出控制信号给执行机构就可以实现系统的自动控制。

    自动控制具有以下优点：

    ■操作简单，可以实现无人值守；

    ■良好的实时调节，防止了人为因素滞后；

    ■具有高可靠性；

    ■减轻工作人员负担；

    ■节省人力成本。

    需要控制的参数和可能的控制方式

    空压站需要的控制需求；⑴高、低压供气压力控制（机组自动开停控制）；⑵系统自动排水控制；⑶循环水液位控制和自动加药控制；⑷所需压缩空气温度、循环水温度等参数控制等等。

    空压系统的整体自动调控一般可以使用以下2种方法之一来实现：

    ⑴采用西门子PLC系统进行通讯和控制。

    ⑵可以采用英格索兰公司或自己编制的控制软件。

    种方法可靠性高，适用于工业控制系统。当监控计算机出现故障时，西门子PLC还可以按照设定的程序进行自动控制。

    第二种方法是通过控制系统的计算机进行单独的分析运算进行控制，它具有较好的灵活性，但缺点是如果出现如计算机死机等故障时，有可能影响系统的正常运行。好在计算机的一般恢复往往不需要太多的时间。

    除空压供气系统自控外，空压站可与制冷站、热力站系统一起建立设备控制网络，实现集中控制，或与工厂控制中心联网，由控制中心的控制器实时远程监控，实现真正的无人值守。

    系统构成

    对于以上讨论，如果需要实现空压站的整体自控，又许多成熟PLC自控系统可以选用，现以ZH公司的西门子PLC自控系统为例。

    该自控系统选用西门子S7-300系列西门子PLC可编程控制器，带有RS422/485网络接口，支持MODBUS等相关网络通讯协议。该系统可以采用专用工业通讯网络技术实施远程联网。空压站自控设备可根据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分级控制网络的实施方案，如图1所示。

    ■硬件配置

    现场仪表，受控设备、执行器、带有串行通讯接口的设备（如空压机，冷干机等），西门子PLC和监控计算机。

功能模块可以使 CPU 从资源密集型任务中解脱出来，如计数、定位和闭环控制

模块种类

计数器模块

用于快速移动/爬行速度驱动的定位模块

用于伺服电机和/或步进电机的定位模块

电子凸轮控制器

闭环控制模块

管道及仪表流程图（P&ID）的设计 控制系统的管道及仪表流程图（P&ID，Process Instrument Drawing）的绘制是自控工程设计的核心内容，各管道仪表流程图并不归在 自控工程设计的设计文件内，但它仍是整个自控设计的。所以，自 控设计人员必须认真仔细地配合工艺、系统设计人员完成管道及仪表流程 图。 3.1.1 控制方案的确定 3.1.1.1　熟悉被控对象 要进行生产过程的自控设计，必须先要了解生产过程的构成及特点。下 面以选矿生产过程为例来说明，选矿生产过程的构成可由图 3.1 表示。 图 3.1 选矿生产过程的示意图 图 3.1 中的选矿生产过程的主体一般是选别过程。选别反应过程中所需 的矿石原料，首先送入输入设备，然后将原料送入磨矿过程，对矿石进行粉 碎以达到矿物与脉石充分解离，使粉碎后的矿石细度达到工艺要求和规格。 矿石经选别过程处理后获得的产品进入脱水处理，在此将精矿矿浆中的大部 分水分脱除，然后由输送设备将精矿粉输送到矿仓中贮存。同时整个生产过 程还需要从外部提供必要的水、电等能源的公用工程。还有尾矿处理、废水 回收处理系统等附加部分。 选矿生产过程的特点是从原料加工到产品完成，流程都较长而且复杂。 工艺内部各变量间关系复杂，操作要求高。关键设备停车会影响全厂生产。 物料是以矿浆状态，在磨矿设备内粉碎，在管道内运输，在选别设备内进行 有用矿物与无用矿物的分离，在脱水设备中将精矿中的水分脱出。这些过程 条件恶劣、机理复杂。 3.1.1.2　确定控制方案 控制方案的正确确定应当在与工艺人员共同研究的基础上进行。要把自 控设计提到一个较高的水平，自控设计人员必须熟悉工艺，这包括了解生产 过程的机理，掌握工艺的操作条件和物料的性质等。然后，应用控制理论与 过程控制工程的知识和实际经验，结合工艺情况确定所需的控制点，并决定 整个工艺流程的控制方案。控制方案的确定主要包括以下几方面的内容。 ① 正确选定所需的检测点及其安装位置。 ② 合理设计各控制系统，选择必要的被控变量和恰当的操纵变量

（1）可靠性与先进性的关系。在控制方案确定时，首先应考虑到它的可 靠性，否则设计的控制方案不能被投运、付诸实践，将会造成很大的损失。 在设计过程中，将会有两类情况出现，一类是设计的工艺过程已有相同或类 似的装置在生产运转中。此时，设计人员只要深入生产现场进行调查研究， 吸收现场成功的经验与原设计中不足的教训，其设计的可靠性是较易保证 的。另一类是设计新的生产工艺，则必须熟悉工艺，掌握控制对象，分析扰 动因素，并在与工艺人员密切配合下，确定合理的控制方案。 可靠性是一个设计成败的关键因素。但是从发展的眼光看，要推动生产 过程自动化水平不断提高，使生产过程处在佳状态下运行，获取大的经 济效益，先进性将是衡量设计水平的另一个重要标准。随着计算机技术成功 地应用于生产过程的控制后，除了常规的单回路、串级、比值、均匀、前 馈、选择性等控制系统已广泛应用外，一些先进的控制算法，如纯滞后补 偿、解耦、推断、预测、自适应、优等也能借助于计算机的灵活、丰富的 功能，较为容易地在过程控制中实现。况且，近年来人们对生产过程的认识 逐步深化，人工智能的研究卓有成效，这些都为自动化水平的进一步提高创 造了有利条件。所以，在考虑自控方案时，必须处理好可靠性与先进性之间 的关系。一般来说，可以采用以下两种方法。 一种是留有余地，为下步的提高水平创造好条件。也就是在眼前设计时 要为将来的提高工作留出后路，不要造成困难。 另一种是做出几种设计方案，可以先投运简单方案，再投运下一步的方 案。采用计算机控制系统后，完全可以通过软件来改变方案，这为方案的改 变提供了有利的条件。 （2）自控与工艺、设备的关系。要使自控方案切实可行，自控设计人员 熟悉工艺，并与工艺人员密切配合是必不可少的。然而，目前大多数是先定 工艺，再确定设备，后再配自控系统。由工艺方面来决定自控方案，而自 动化方面的考虑不能影响到工艺设计的做法是较为普遍的状况。从发展的观 点来看，自控人员长期处于被动状态并不是正常的现象。工艺、设备与自控 三者的整体化将是现代工程设计的标志。 （3）技术与经济的关系。设计工作除了要在技术上可靠、先进外，还必 须考虑到经济上的合理性。所以，在设计过程中应在深入实际调查研究的基 础上，进行方案的技术、经济性的比较。 处理好技术与经济的关系，自控水平的提高将会增加仪表等软、硬件的 投资，但可能从改变操作、节省设备投资或提高生产效益、节省能源等方面 得到补偿。当然，盲目追求而无实效的做法，并不代表技术的先进，而只能 造成经济上的损失。此外，自动化水平的高低也应从工程实际出发，对于不 同规模和类型的工程，做出相应的选择，使技术和经济得到辩证的统一。