基于DCS自动控制系统的空气分离装置研究

来源:用户上传      作者:孙盛华

　　摘要：随着时代的发展，计算机的自动控制技术已经应用于生活、生产的每一个角落。很多工业制造都开始使用全自动或半自动的产线来提高生产效率。在进行工业用气的制造过程中，传统的生产模式已经无法满足当代的生产需要。本次设计将自动控制系统应用于工业用气的制程当中。本文首先介绍本次设计的时代背景，然后简单介绍了本次设计的空气分离装置的组成和工作流程，最后从测控系统的设计、防喘振控制阀的设计及防喘振控制阀的控制逻辑设计三个方面介绍了本次的设计。
　　关键词：空气分离;DCS自动控制;设计
　　
　　1 概述
　　空气分离装置即对空气进行液化处理后得到需要的气体的仪器，主要可用于工业用气的制作。随着加工业的精度要求越来越高，人们对加工业的细节要求也越来越严格，常规的仪器已经无法高效地制造出符合当代工业加工要求的工业气体。经过多年的研究和发展，DCS系统在空气分离技术上的应用已经越来越成熟，可以高效地制造出满足要求的工业用气体[1]。
　　2 基于DCS自动控制系统的空气分离器的组成
　　基于DCS自动控制系统的空气分离装置其主要组成有空气预冷装置、压缩机组、分馏装置及空气提纯装置等。以空气制氧机为例，其由空气膨胀系统、氧气压缩系统、空气压缩系统、分子过滤系统及冷却系统等组成。在运行时，先净化空气，在使用进行制冷提。
　　3 基于DCS自动控制系统的空气分离装置的设计
　　3.1 测控系统的设计
　　DCS控制系统是一种综合型的控制系统，支持多种控制总线标准，可以兼容I/O、FF等多种总线设备。一般来说，空气分离装置都优先选用AC800F级控制器以及Profibus等设备作为总线控制设备，设计思路中包含电源配置、控制器的选用及控制站的设计等附加的功能设计，整个工作流程中，设备通过以太网对空气压缩、增压压缩、氮气压缩等过程进行监测和控制。AC800F型号的控制器由多个单元组成，其中包括基础单元、电源模块、网络模块及总线接口等。在本次研究中心，基础单元选用的是PM802F，电源选用的是SA801F，以太网卡选用的是EI803F，总线接口型号选用的是FI830F。控制装置其他功能的控制由两个总线控制装置组成，总线控制器中包括两个网卡，用于控制器与系统网络之间、网卡与网卡之间的无线连接和通信[2]。根据实际需求，本次设计中需要使用3个I/O站点，一站12个槽，用于连接各个主站及其他模块。在本次设计中3个I/O站是S800I/O站，网卡模块主要选用的是EI803F.，并且选用BENTLY3500振动系数监测系统来监测制气机的轴向的位移和径向的振动，以实现对机械的保护。整套机器能够进行切换分子筛的顺序、运作控制及自动调温、防止压缩机喘振及相关的安全控制。而且整个工作流程通过以太网进行监测，这样管理不仅方便有效，而且保证了设备与设备之间信息的同步化。
　　3.2 防喘振控制设计
　　为了防止空气分离装置在工作过程中出现喘振的现象，一般在设计过程中，我们需要通过设置回流阀或放空阀等来预防喘振现象的发生。防喘振的控制原理即当压缩机正常运作時，其速度恒定不变，但是当有意外发生时，其运行速度发生变化与可调叶片一致，此时防喘振控制阀就会自动打开。
　　控制器会降低流量直至缩减至给定的最小值，这个最小值需要根据控制线的给定值进行确定，是进行防喘振设计的主要依据。设计时，需要根据这个最小值进行防喘振设计，用以计算机器内部的压力。在空气分离装置的运行过程中，设备通过调整防喘振控制阀来控制流量，并根据控制程序中设定的值确保流量在安全线以下，确保设备的正常有效地运行。
　　3.3 防喘振控制阀的控制逻辑设计
　　在进行防喘振的设计过程中，主要通过控制其回流量或者放空量来进行防喘振设计，以确保设备的正常运作。为了确保防喘振系统的正常运作，在设计过程中要对防喘振控制阀的控制逻辑进行设计。在进行控制逻辑设计时，首先要明确以下几点：
　　（1）空气压缩机的入口处流量的比例带常数为140.0时，其积分常数要保证在2.0，即确保其入口流量满足FIC1110。
　　（2）控制第二出口处的压力值及手动控制的输出值满足PIC1110，同时设置控制器所发信号为渐变信号以确保机组的正常运作。
　　在进行控制逻辑的设计过程中，通过实际通过的流量和控制线给定的流量数值来计算分析空气压缩机运行点的位置，同时利用FIC110进行喘振距离的计算。在空气压缩机的运行过程中，一旦监测仪器检测到空气压缩机的运行点在控制线以上，就会将信息反馈到控制中心，控制器就会控制流量，并保证平移量为DES+1。当防喘振压缩机在防喘振控制线安全侧进行工作时，即压缩机正常运作时，此时控制器控制防喘振控制阀闭合。一旦压缩机工作时超过了安全控制线，控制器机会控制防喘振阀门在FIC1110控制线开始打开，并保证压缩机的运行点在安全范围内。
　　4 结语
　　本文对基于DCS控制的空气分离设备的设计工作进行了研究。在进行此设备的设计时，要同时考虑到测控系统的设计、防喘振控制阀的设计及防喘振控制阀的控制逻辑设计。本次设计的DCS控制系统的空气分离装置相对传统的空气分离装置有极大的优势，其不仅操作简单方便、性能稳定，而且其具有极高的自动化程度和进行自我调节的功能。自动进行防喘振调节的设计不仅解决了设备喘振带来的不便，而且提高了设备的工作稳定性和工作效率。除此之外，本次设计的空气分离装置实用性非常高，其简单的一体化操作模式相对传统的空气分离机器而言，其操作简单，故障率更低，能够满足当代社会的生产和工业发展的需要。
　　参考文献：
　　[1]姚向东，张鑫.聚丙烯装置中DCS控制系统的应用[J].石化技术，2017（1）：297.
　　[2]武丽霞.DCS自动控制系统在铜冶炼中的应用[J].中国设备工程，2017（14）：158159.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15083026.htm