空壓站實現遠程集控與動態預測

馮磊

摘要：本文通過對空壓站原PLC系統的升級改造，實現了跨阿特拉斯通、英格索蘭和埃里沃特三種空壓機的遠程集控，同時解決了能源浪費與噪聲污染的問題。

關鍵詞：空壓站；遠程集控；PLC

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0013-02

河鋼邯鋼能源中心三鋼空壓站位處于三煉鋼廠北側、連鑄連軋廠東側，是三煉鋼和連鑄連軋這兩個邯鋼東區主要生產單位的唯一空氣介質供應源。一旦空氣供應中斷，三煉鋼廠將在幾分鐘內被迫減產甚至停產；而連鑄機和軋機也將因儀表氣壓力低而聯鎖停機。因此優化空壓機組的控制和及時調控負荷是積蓄解決的難題。

1 空壓站原PLC系統的升級改造方案制定

（1）空壓站運行方式由原來的根據管網壓力開停空壓機，改為依據管網壓力配合各空壓機流量對比，并預測用戶用量動態變化趨勢，作出啟停機決策，各機組流量值依據流量計與空壓機電機電流近似線性關系可精確定位。（2）各機組重要參數均引入現有PLC系統中，操作人員可實時監測具體參數的變化。技術人員可根據重要參數的變化趨勢圖來預測機組健康情況。（3）操作人員避免從現場控制面板讀取機組參數，而代替為中控PLC直接從機組調用數據，較大程度地延長了面板的使用壽命。

原系統有一套AB公司的PLC，用于采集現場管網流量及壓力等參數。經過對阿特拉斯通、英格索蘭和埃里沃特PLC硬件的性能研究，決定在用原系統中增加ProSoft公司的通訊硬件，采用Modbus通訊協議，在RSlogix5000中開發數據傳輸和采集轉換程序，并針對現場工況進行優化和調試；人機界面使用WinCC按工藝要求編寫實用性較強的操作畫面（具有特定性）。

以上方案經過多次論證是可行的，而且拓展性強，組網容易，功能強大，投資較為經濟，無需增加或者更改其他的硬件和軟件即可完成需要的功能。設計網絡拓撲圖如圖1所示。

2 安裝機組與PLC間的通訊網絡

根據空壓機廠家將站內所有機組分為3組，同類型空壓機為一組，如圖1所示，建立3組獨立的通訊網絡并引入主控室。通訊介質使用2芯屏蔽控制電纜。3組網絡分別定義為：阿特拉斯通訊網、英格索蘭通訊網和埃里沃特通訊網。

3 安裝ProSoft Technology的MVI56-MCM通訊模塊硬件

原PLC背板為7槽背板，分別安裝滿電源、CPU、DI、AI、以太網等模塊，安裝新模塊需足夠的卡槽，故將7槽背板換為10槽背板。利用三煉鋼檢修時間，操作人員，停電后離線安裝新背板和2塊MVI56-MCM模塊至最后2格卡槽。MVI56-MCM模塊是基于ControlLogix架構的Modbus TCP/IP通訊模塊，其可將大量現場數據進行采集并通過梯形圖實現模塊和處理器的數據交換，模塊工作原理如圖2所示。

4 PLC控制站程序組態和調試

PLC上電后先將原系統軟件修改組態后運行保證連鑄連軋生產。再使用筆記本通過串口線連接至CPU離線組態。建立PLC新模塊至各臺機組通訊，通訊地址如表1所示。

根據空壓機設備資料找到各機組相關參數對應地址，調用需要的數獨后經過數據轉換將數據存儲至PLC新建Tag中。如圖3所示。然后對模塊增加數據通過梯形圖進行組態并下裝到PLC中。

5 空氣管網動態預測

目前，利用系統中實時數據，引入經驗函數對空氣管網的使用進行簡單的預測，PLC將綜合出的結果作為建議提供給操作人員，并不參與直接控制。因季節不同，造成的應用結果也不盡相同，但此功能存在較大的拓展與開發潛力，在后期的優化中將逐漸完善。

6 建立可靠的巡檢制度

改造后仍然需要操作人員進行1次/小時的巡檢來檢查現場設備運行情況，由于操作人員不需要至現場而在主控室即可完成每小時機組參數的抄寫，減少日常工作量的同時也增加了人員違章作業的可能，所以運行車間更需要建立可靠實用的巡檢制度，并加強對員工的管理。

7 結語

綜上經過對三鋼空壓站的改造，實現以下技術效果：（1）在邯鋼首次中將ProSoft Technology的第三方硬件模塊引入固有PLC控制系統，同時對原有程序進行升級和調試，實現與原系統的完美兼容。（2）通過對控制系統平臺的升級，優化了空氣系統的調節工藝，從根本上解決了三鋼空壓站節能減排的問題。為其它高能耗工藝的節能改造提供了技術實踐支持。（3）邯鋼范圍內首次對造價較高的空壓機控制面板進行了功能分離改造，成功解決面板備件與生產運行之間矛盾的問題，在老系統優化方向上提供新穎的思路。（4）利用系統的概念對生產進行預測，此項技術曾在能源管控中心項目中對高爐生產進行應用，雖然由于條件的復雜性與生產平衡的不確定性等因素影響，當時效果不夠明顯，但發展思路清晰正確；本項改造沿用此思路，隨著后期工作的深入與系統的優化，可作為生產預測技術應用推廣的一項實踐參考。通過建立在新的生產調節方式，成功減少機組啟停機次數并降低空氣放散率，每天減少消耗的電能約為單臺空壓機空載40%以上負荷，換算電能為1120kW（單臺機組功率） ×24h×40%=10752度。endprint