摘要：本文主要介紹了空分制氮（制氧）設(shè)備的自動控制監(jiān)測系統(tǒng)，通過上位計(jì)算機(jī)加組態(tài)軟件配合下位PLC構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)自動化程度高，使用方便。
關(guān)鍵字：PLC 級式語言 組態(tài)軟件 PID控制
1.概述: 空分設(shè)備是從空氣中同時(shí)提取氧氣和氮?dú)獾某商卓諝夥蛛x設(shè)備，其工藝流程為中壓帶透平膨脹機(jī)的克勞特循環(huán)。空氣從大氣中吸入空壓機(jī)，被壓縮到所需的壓力，再經(jīng)末級冷卻器冷卻后進(jìn)入氟里昂預(yù)冷機(jī)組，被冷卻至5℃左右進(jìn)入純化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏任镔|(zhì)，進(jìn)入分餾塔。經(jīng)純化后的壓縮空氣進(jìn)入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來的氧、氮及餾份氣進(jìn)行熱交換后經(jīng)節(jié)流閥與膨脹機(jī)出來的冷空氣會合于下塔底部的蒸發(fā)器，在下塔進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)過程。液空在下塔預(yù)分后，再節(jié)流到上塔進(jìn)一步分餾，在塔頂?shù)玫郊兊獨(dú)猓纤胁砍槌鲋s份氣經(jīng)上換熱器回收冷量后作為純化器再生吹冷用，產(chǎn)品純氮?dú)馔ㄟ^管道輸往用戶。產(chǎn)品氧氣在輸氧管路旁接水封器后導(dǎo)入貯氣囊通往氧壓機(jī)。
空分設(shè)備控制方法以前一般是采用機(jī)旁柜方式，使用單回路調(diào)節(jié)儀及很多的儀器儀表配合人工進(jìn)行控制，操作麻煩，采用PLC加上位計(jì)算機(jī)控制后，可以大大減少值班人員，提高系統(tǒng)的可靠性。自動控制系統(tǒng)下位機(jī)（PLC）主要分為以下幾個(gè)部分：純化器控制、 精溜塔控制、 膨脹機(jī)控制、 貯氣槽控制系統(tǒng)；上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：系統(tǒng)流程顯示 、系統(tǒng)預(yù)警報(bào)警、 數(shù)據(jù)記錄及圖形化顯示 報(bào)表打印等
2.系統(tǒng)框圖如下:

3.功能介紹: 本高純氮設(shè)備由上下位機(jī)組成的電腦控制系統(tǒng)對整套裝置實(shí)施控制和管理。通過PLC控制柜編制控制程序，用它來處理運(yùn)行整套裝置的所有輸入和輸出信號。個(gè)人電腦（PC）是PLC控制柜和操作員之間的人機(jī)界面，它里面安裝了人機(jī)交互軟件包INTOUCH組態(tài)軟件，電腦還連接打印機(jī)，可打印表格和圖形等。
3．1 上位控制主要功能
電腦控制系統(tǒng)的主要功能包括對整個(gè)裝置的工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)并傳輸?shù)较挛籔LC，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，軟件連鎖和硬線連鎖，用鍵盤輸入操作命令，歷史數(shù)據(jù)記錄和處理（數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、產(chǎn)量累計(jì)、報(bào)表和圖形生成）等。操作畫面根據(jù)流程畫面分頁，分頁畫面包括氮?dú)庹究偭鞒蹋瑝嚎s空氣系統(tǒng)，預(yù)純化系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)，膨脹機(jī)系統(tǒng)，氮?dú)浠炫湎到y(tǒng)，液氮備用系統(tǒng)，管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和加溫解凍系統(tǒng)等畫面，此外還有歷史趨勢畫面、報(bào)警畫面、打印報(bào)表畫面、參數(shù)總攬和調(diào)節(jié)回路畫面等。該控制系統(tǒng)中，設(shè)置三級不同的操作等級（常規(guī)操作級、參數(shù)修改級、工藝級）使用密碼保護(hù)，所有功能對工藝級開放，其他兩級為受限用戶。未經(jīng)授權(quán)的操作人員只能查看運(yùn)行狀況，只有經(jīng)培訓(xùn)合格的人員才會被授予操作權(quán)限。
精鎦塔畫面如下：
3．2 下位PLC主要控制功能
3．2．1 純化器控制
預(yù)純化器的再生有5個(gè)循環(huán)步，他們分別是卸壓（A），加熱（B），冷卻（C），均壓（D）和并聯(lián)（C）。邏輯控制軟件自動控制純化器的變溫吸附循環(huán)，控制過程的監(jiān)控對象有加熱和冷卻溫度，閥門狀態(tài)，當(dāng)前循環(huán)步，當(dāng)前循環(huán)所剩時(shí)間和當(dāng)前狀態(tài)等。如果控制程序出錯(cuò)裝置會報(bào)警，錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)裝置會連鎖跳機(jī)。操作人員在停機(jī)后啟動裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)停機(jī)時(shí)間長短或停機(jī)時(shí)的循環(huán)步來決定是恢復(fù)到停機(jī)前的循環(huán)步或通過步進(jìn)開關(guān)來重新設(shè)定循環(huán)步來恢復(fù)裝置運(yùn)行。
動作閥位表

純化器控制根據(jù)時(shí)間進(jìn)行流程控制，使用KOYO的級式語言方式進(jìn)行編程非常方便。級式編程語言，是光洋電子根據(jù)理論獨(dú)家開發(fā)的，力求成為理想的控制用編程語言。可以說是最適合流程控制的編程語言。
級式語言是面向工藝流程的可編程序控制器編程語言將控制過程按工藝流程分成若干動作工序，分別編制各工序的處理程序，并根據(jù)工序結(jié)束條件及工序轉(zhuǎn)移方向，將這些處理程序連接起來，就是2級式語言。如

在每一工序中對輸入輸出單獨(dú)進(jìn)行處理，而不需考慮一般梯形圖所需的復(fù)雜互鎖關(guān)系，而且在調(diào)試過程中，對設(shè)備進(jìn)行到什么狀態(tài)會非常方便。
部分控制程序如下：

3.2.2 精溜塔控制
有關(guān)測點(diǎn)的溫度、壓力、流量信號經(jīng)模塊相應(yīng)PLC的輸入模塊輸入到PLC，PLC根據(jù)上位機(jī)預(yù)設(shè)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行閥門的PID調(diào)節(jié)，閥門的開關(guān)，閥門的連鎖動作，預(yù)警及報(bào)警處理。
3． 2.3 脹機(jī)控制
有關(guān)測點(diǎn)的溫度、壓力、流量信號經(jīng)模塊相應(yīng)PLC的輸入模塊輸入到PLC，PLC根據(jù)上位機(jī)預(yù)設(shè)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行閥門的連鎖動作，根據(jù)制冷量的要求，由操作人員通過上位機(jī)根據(jù)測試點(diǎn)的參數(shù)控制膨脹機(jī)相關(guān)閥門開度以控制膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)膨脹機(jī)由于意外操作或機(jī)器故障引起轉(zhuǎn)速過快時(shí)，會提前預(yù)警，達(dá)到連鎖值時(shí)會立即關(guān)斷進(jìn)氣閥，打開旁通閥以保護(hù)膨脹機(jī)不致?lián)p壞。
3． 2.4氣槽控制
當(dāng)管網(wǎng)壓力持續(xù)下降，通過中壓氮?dú)夤拚{(diào)節(jié)系統(tǒng)還不能將管網(wǎng)壓力維持在使用要求壓力時(shí)，PLC將指令打開液氮備用系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，從液氮備用系統(tǒng)補(bǔ)充氣化后的液氮來提高氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力,當(dāng)管網(wǎng)壓力恢復(fù)時(shí)停止補(bǔ)充液氮。液氮備用系統(tǒng)還可在制氮裝置停運(yùn)時(shí)，作為后備系統(tǒng)替代制氮機(jī)向管網(wǎng)供氣。
4. 應(yīng)用效果: 使用基于以上PLC控制，上位機(jī)監(jiān)控方式控制空分制氮（氧）設(shè)備大大提高了設(shè)備的自動化程度，減少了人為的原因引起的系統(tǒng)故障，同時(shí)大大減少了設(shè)備日常運(yùn)行人員數(shù)量，為各使用單位帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。上位機(jī)畫面實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀況，提示故障時(shí)的應(yīng)對措施，對設(shè)備操作人員提供了極大的方便性。機(jī)旁柜控制方式時(shí)，一名設(shè)備操作人員至少要經(jīng)過1到2年的培訓(xùn)和實(shí)踐才能獨(dú)立對設(shè)備進(jìn)行操作，而采用本系統(tǒng)方式時(shí)，一名操作人員只需經(jīng)過幾周的培訓(xùn)就可以實(shí)際操作。該控制系統(tǒng)在上位機(jī)部分還設(shè)有不同操作人員的不同控制級別（密碼保護(hù)），這樣可以大大預(yù)防不熟悉人員對機(jī)器的誤操作。同時(shí)系統(tǒng)對運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行記錄和保存，為設(shè)備的工藝工況分析提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為設(shè)備的工藝改進(jìn)提供了第一手資料。