SIEMENS西门子随州授权代理商

引言

　　离心式压缩机是一种利用叶轮的高速旋转将气体在压缩腔内进行压缩，使压缩气体具有一定压力的设备。它具有容量大、体积小、结构简单、运行平稳、供气均匀等特点，是冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等工业企业的关键设备之一，在生产过程中起着非常重要的作用。

　　某厂一台离心式压缩机仍采用常规模拟仪表控制系统，控制系统通用性差，控制电器多其监控系统和保护系统技术水平低下，整机抗干扰能力差，系统的故障率高，已发生多起误停车事故，严重影响了工厂的安全生产，扰乱了正常的生产秩序。

　　1 控制系统的总体设计

　　1.1控制系统的组成

　　从离心式压缩机工作原理来看，要保证其正常运行必须保证电机、润滑、冷却等多个系统的安全正常运行，因此可以把整个控制系统划分为压力控制、电机控制、润滑油控制、冷却水控制、各种保护控制和监测控制等六大子控制系统，其中，压力控制子系统主要用于调节进出口气体的压力和流量，是实现压缩机正常工作的主体系统;冷却水控制子系统采用专用的控制设备实现，提供恒定压力的冷却水。

　　1.2控制系统总体设计

　　PLC 具有抗干扰能力强、安装调试方便、功能完善、组合灵活等特点，已成为现代工业过程控制的有效解决方案之一。根据离心式压缩机控制系统的要求，完全可以采用PLC 替代原有的控制系统。为实现方便快捷的自动控制，采用上位机与下位机配合控制，上位机用工业控制组态软件实现对离心式压缩机的工作运行状态进行在线监测和控制，下位机则选用日本三菱公司生产的FX2N 系列PLC 实现其控制功能。

　　考虑到离心式压缩机控制系统参数较多，其中有32个开关量信号和24路模拟量信号。模拟量信号可选用模拟量输入模块FX2N-4AD 和输出模块FX2N-4DA，传感器的信号不需要转换电路进行转换，就可以直接接到模拟量模块。经综合计算输入输出信号点数，选用FX2N-128MR 的PLC 作为控制基本单元

2.2电机控制子系统设计

　　主电机控制系统回路有电机电流、电机轴瓦温度、电机轴位移等模拟量输入。为保护离心式压缩机正常启动和停止，设置了离心式压缩机的启动条件和停止条件。考虑到压缩机由于油温、油压、气温、冷却水水压等因素的限制要求，会出现紧急停机的现象。因此，只有满足正常启动条件，主电机才可以启动，当电机达到额定转速后，再将压缩机的流量、压力逐渐调至所需的工况条件，投入正常运行状态。

　　当机组发生如转子的径向振幅达到或超过停机限值;润滑系统油压过低或密封系统气压过低时以事故联锁停机。停机时，机组旁通阀快速开启，同时主排气路上的止逆阀强制关闭。

2.3保护控制子系统

　　离心式压缩机系统的主要保护环节有轴位移、电机轴瓦温度(主电机)、各段进气温度、出口气体温度、出口气体压力、出口气体流量、轴承温度、各段振动等，这些参数通过设置在各个位置的传感器将采集到的模拟量信号输入PLC 的模拟量单元中，P L C 进行判断系统是否异常，当参数值达到规定限值时，就发出声光讯号报警甚至跳机，使离心式压缩机在运行时能合理地处理发生的相关问题。

　　2.4压力流量控制系统设计

　　离心式压缩机根据后续生产环节用气的需要，通过调节第一段入口处的入口导叶打开程度控制气体流量和压力。当压缩机进口流量与出口压力不匹配，气体部分回流或全部回流必然导致气体压力波动、温度增加，造成压缩机轴向出现低频大振幅周期性气流震荡。就是通常所说的“喘振”现象，喘振使压缩机的性能恶化，气流参数(压力、流量)产生大幅波动，噪声和震动加剧，严重时足以损坏压缩机。离心式压缩机的防喘振控制采用可变极限流量法进行控制，它按照压缩机的喘振曲线，使之在任何一种转速下都有一个不同的流量来控制压缩机，以保证不发生喘振，由于对任何转速的流量都工作在低于喘振极限位置，因此消耗能量较少，比较节能。图3 是防喘振控制的部分梯形图。

2.1 污水处理系统

　　根据医院污水的排出途径和环境保护部门的法规与规定，对医院污水的生物性污染、理化型污染及有毒有害物质进行全面处理，根据医院实际，采用生物膜法污水处理工艺，该工艺由单独特殊处理单元、预处理单元、生化单元、化学处理单元、病毒病菌处理单元、脱氯处理单元、污泥处理单元、废气处理单元构成，终达到现执行的《医疗机构水污染物排放标准》GB18466-2005 标准。

　　2.2 污水处理系统控制原理

　　2.2.1 控制过程

　　手动模式：各类设备的控制是根据操作面板的按钮输入来控制，无逻辑限制，即可不根据传感器的状态进行控制。

　　自动模式：进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启停控制。

　　1)接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。

　　2)运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环运行。

　　3)根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行和停止。

　　4)进水泵房中的潜水泵根据液面的高低进行运行、停止及运行数量的控制。

　　5)转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC 运算后进行控制，同时控制分离机的运行和停止。

　　6)污泥回流泵的运行和停止根据液面的高低进行控制。

　　7)在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

　　2.2.2 污水处理系统工程设备规格

　　1)隔栅井：由一台功率为1.5KW 的破碎机和一台功率为1.1KW 的螺旋输送机组成。

　　2)调节池：由三台功率为3KW 的潜水排污泵(P1、P2、P3)组成。

　　3)接触氧化池：由四台功率为4KW 的潜水曝气机(M1、M2、M3、M4)组成。

　　4)沉淀池：由两台功率为3KW 的污泥泵(P4、P5)组成。

　　5)尾气吸附装置：由一台功率为1.5KW 的风机和两台1.1KW 的污泥泵组成。

　　6)污泥池：一台功率为1KW 的污泥搅拌机。

　　7)消毒装置：由三台电压为AC220V 功率为0.15KW 的二氧化氯发生器(T1、T2、T3)和加盐槽组成。

　　2.2.3 控制设备

　　1)隔栅井：破碎机和螺旋输送机并联运行，同启同停，每三天工作一次，每次工作一个小时(单独一路)

　　2)调节池：池中分三个水位，分别为H1(警戒水位)、H2(基本水位)、H3(高水位)、上电以后，当水位上升到H2 水位但没有到达H3 水位的时候，P1 开始工作;当水位上升到H3 水位的时候P1、P2 均投入使用;当水位下降，到H1 水位的时候P1、P2 同时停止工作，在P1、P2 工作的过程中，如果发现其中任意一台出现故障，P3 投入使用，并报警，将故障电机在马赛克屏幕上显示出来。

　　3)接触氧化池：四台曝气机M1、M2、M3、M4 与潜水排污泵P1、P2、P3 联动，当P1、P2、P3 中任意一台工作的时候，M1-M4 同时投入使用;当P1、P2、P3 都停止运行以后(即当调节池中的水位下降到警戒水位或以下的时候)，M1-M4 延时45 分钟以后同时停止工作，当M1-M4 任意一台发生故障的情况下，停止输出并报警显示故障信号。

　　4)沉淀池：两台污泥泵P4、P5 同启同停，每两个小时开启一次，每次工作20 分钟，与沉淀沉砂池的阀门DZ1 联动，泵开阀开，泵停阀停，一个月以后关闭DZ1 开启污泥池的阀门DZ2，让它工作20 分钟以后关闭，并开启DZ1，循环工作，此过程也是跟P4、P5 联动，当P4、P5 任意一台发生故障则停止输出并报警指示故障信号，当DZ1、DZ2 任意一组发生故障的情况下停止输出并报警显示故障信号。

　　5)消毒装置：三台二氧化氯发生器T1、T2、T3 工作方式为一用二备，根据实际测量的消毒池中的余氯的含量来控制投入使用的二氧化氯发生器的台数，具体做法如下：当P1-P3 中任意一台工作,T1 投入工作，三台二氧化氯发生器以替补的方式投入工作，当开启T1 5-40 分钟(根据实际情况，时间由用户自行设定)，如果当时测量的余氯含量小于2.5mg/L，开启T2 ，同时判断T1 有故障(虚拟故障)并报警，T2 投入使用5-40 分钟以后判断当时测量的余氯含量，如果小于2.5mg/L，则将T3 投入使用并判断T2 有故障(虚拟故障)并报警，开启T3 投入使用5-40 分钟以后判断当时测量的余氯含量，如果小于2.5mg/L，则判断T3 有故障(虚拟故障)并报警。

　　在二氧化氯发生器替补投入工作的过程中，如果余氯的含量小于3.5mg/L 则一直工作，在余氯含量大于3.5mg/L 的情况下T2 停止工作或T3 停止工作或T2、T3 同时停止工作，直到余氯测量值小于2.5mgL 时继续重复上述的替补工作方式动作。在使用的过程中如果调节池中的水位下降至警戒水位或以下的时候T1、T2、T3 延时45 工作分钟以后停止工作， 如果T1、T2、T3 中的任意一台发生故障，则停止输出并报警显示故障信号。

　　6)尾气吸附装置：尾气吸附装置中的一台风机与接触氧化池中的P1、P2、P3 联动， 如果调节池中的水位下降至警戒水位H1 或以下的时候，P1、P2、P3 同时停止工作，风机在泵停止运行60 分钟以后停止工作。

　　2.2.4 报警和指示

　　1)酸槽和盐槽中的液位(开关量)偏低(为0)时报警;

　　2)二氧化氯发生器其中任意一台发生故障时报警;

　　3)四台曝气机中的任意一台发生故障时报警;

　　4)格栅井中的两个电机(破碎机和螺旋输送机)发生故障时报警;

　　5)调节池中的P1、P2、P3 三台电机任意一台发生故障时报警;

　　6)两组电磁阀DZ1、DZ2 任意一组发生故障时报警;

　　7)污泥池中的P4、P5 任意一台有故障时报警;

　　8)尾气吸附装置中的风机电机发生故障时报警。

　　2.2.5 系统工作状态显示

　　1)调节池的液位(m);2)在线流量(m3/h);3)累计流量(m3);4)COD 的值(mg/L);5)余氯值(mg/L);6)所有报警信号和工作指示以不同颜色显示。

　3.2 水位控制算法：

　　当水位第一次上升到H1 米的时候dt300=1 泵1 投入工作， 具体算法为：

　　(dt100=0 代表水位上升过程中且水位值小于H1 米

　　dt100=1 代表水位下降过程中切水位值大于H0 米

　　dt102=0 代表水位上升过程中且水位值小于H2 米

　　dt102=1 代表水位下降过程中切水位值大于H0 米)

　　说明：H0

　　if level≥2.7 && dt100=0 && dt300=1，p1=1;

　　同理，当水位第一次上升到H2 米的时候泵2 投入工作应该表示为

　　if level≥2.8 && dt102=0 && dt300=1, p1=1;

　　所以根据方法一可以得出以下的编程思路：

　　P1 的工作条件：

　　1) if level≥H1 && dt100=0 && dt300=1, p1=1;

　　2) if level≥H0 && dt102=1 && dt300=1, p1=1;

　　3) if level≥H2 && dt102=0 && dt300=3, p1=1;

　　4) if level≥H0 && dt102=1 && dt300=3, p1=1;

　　3.3 定时器在本系统中的应用

　　定时器(T)在可编程控制器中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器，一个当前值寄存器以及无数个触点。对于每个定时器，这三个量使用同一个名称，但使用场合不一样，其所指也不一样，通常在一个可编程控制器中有几十至数百个定时器可用于定时操作。

　　本系统中涉及到许多定时部分，比如说接触氧化池中的M1-M4 延迟45分钟后停止工作;涉及到定时功能