天然氣壓縮機PLC控制器的研究

摘 要：天然氣作為清潔能源，重要化工原料，為清潔能源，得到了廣泛的利用，世界各國也把利用推廣天然氣，提高天然氣能源消費的比重，作為實現經濟、社會和環境協調發展、優化能源結構的重要途徑。本文用可編程控制器（PLC）、SIEMENS采集模塊、TP178觸摸屏組成天然氣壓縮機的控制系統和實時閱讀的人機界面系統。

關鍵詞：PLC；觸摸屏；天然氣壓縮機

1 天然氣壓縮機發展現狀及本文研究內容

隨著科學技術飛速的發展，人類與天然氣地關系越來越密切。正如大家所知道的，天然氣能源是一種十分干凈、優質、方便、高效的能源。所以，無論是直接燃燒，還是用來開車或發電，都將受到人們的歡迎。經過測定，天然氣的熱效率和熱值不僅高于煤炭的熱值，而且也高于石油的。目前天然氣消費在世界能源消費結構中的比重已達35%，成為僅次于石油的第二大能源。

目前，國外天然氣壓縮機的生產廠家，主要集中在美國。以庫伯公司、艾里爾公司，和德萊賽蘭公司等為代表。生產的壓縮機類型按其總體結構而言，可分為整體式和分體式兩大系列。國內生產的壓縮機產品的供需情況是：一般用微型壓縮機和往復式活塞壓縮機，這兩種壓縮機產品的生產力都大于市場的需要，快速發展的微型壓縮機主要依賴于以出口為主的生產模式，工藝用的壓縮機盡管有了較快的發展，但在其技術水平和制造能力，特別是在產品的性能穩定性，可靠性方面與國際先進水平有一定差距，不能滿足國家重點工程建設的需要。

本文主要是針對當今能源危機，環保意識的逐漸覺醒，開發天然氣任務迫在眉睫，環保越來越受到人們的重視和關注，針對這個現狀，使用PLC可編程控制器、SIEMENS采集模塊、TP178觸摸屏組成的天然氣壓縮機的控制系統和人機界面系統[1]。使天然氣壓縮機控制系統具有高可靠性、安全性、人機交換便利等優點。

2 系統的硬件設計

可編程序控制器簡稱PLC，是一種專門為在工業環境當中進行的應用而設計的數字電子運算系統[2]，它以微處理機為其基礎，綜合了自動控制技術、通信技術和計算機技術等現代科技發展起來的一種新型的工業自動控制的裝置，是當今發達的工業國家自動控制設備的標準之一。

采用PLC來實現對天然氣壓縮機的控制，改變了傳統的純繼電器控制的不足，不僅能完成對開關量及一般故障的處理，還能對模擬量進行控制，滿足了系統對安全性和控制精度的較高要求。

2.1 硬件選擇

本設計所采用的PLC為西門子S7-200，它是一種非常小的可編程控制器，適用于每行每業，不同場合中的檢測及控制的自動化。S7-200系列的PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統構成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。

本系統中，控制系統采用西門子S7-200系列PLC，選用CPU 226能滿足系統輸入輸出點數的要求。所有的控制信號、故障信號，測量值（溫度和壓力）、設定值都進入PLC進行處理，根據系統要求，由軟件依據外部各個信號進行起停控制，報警控制及其他處理[3]。系統中的132kW天然氣壓縮機是采用了西安西普公司的CMC-M-132KW軟起動器來進行起動。CMC-M-132KW系列的軟起動器都具有兩種控制方式：遠控和鍵盤控制；有三種起動的模式：電壓斜坡起動、點動和限流起動；有兩種停車的模式：軟停車和自由停車。本身具有電動機過載、缺相、運行過流、起動過流、過熱和干擾等10種保護的功能。并采用獨特的結構，一旦啟動完成了旁路接觸器的吸合后，繼續實時顯示并檢測電動機的電流，同時各種保護的功能依然有效，并不需要外加電動機的保護器件。一般的工作人員通過說明書指導即可進行操作[4]。

2.2 硬件線路圖

系統主要由天然氣壓縮電動機（132kW）、軟起動器、一用一備冷卻水泵電動機、加熱器等組成主回路。壓縮機的電動機額定功率為132KW，額定電流為259.6A，電機的供電電源為380A交流電源，在主電路圖的設計中，我們選擇的軟啟動器為CMC-M-132KW，在電動機與電源之間接入CMC-M-132KW軟啟動器，并在軟啟動器輸入輸出間接入交流軟啟動器KM1 CJ20-400/220VAC。圖1主電路圖中軟起動器負責在起動過程中限制壓縮機產生的高起動電流并于起動完成后實時檢測電動機故障；想要降低壓縮機的起動電流，改善它的起動特性，這樣采用數字式的交流軟起動器來進行起動就可以實現。本型號的軟起動器的起動性能十分好且要求在運行和起動過程對電動機進行過載、缺相和三相不平衡這些故障來進行報警同時進行及時處理。如圖1所示，為系統主電路圖中主電動機、軟啟動以及電流轉換電路的連接設計。

主電路圖中一號水泵和二號水泵的功率分別為7.5KW、2.5KW；油加熱器的功率為3KW，都接在380V的電源上。在每條水泵的接線電路中都會有斷路器、交流接觸器和熱繼電器，斷路器主要是用來接通和斷開高壓電路中的空載及負荷電流，同時在系統發生故障時迅速切斷故障電流，保證系統安全運行；交流接觸器則是連接電動機和電源，用熱繼電器來控制它的開或關用以保護電路。

3 結束語

本設計主要是天然氣壓縮機的PLC控制設計，可編程控制器選擇SIEMENS的S7-200中CPU226，配合溫度傳感器、壓力變送器等組成的一套完整的天然氣保護系統和壓縮機控制系統。可編程控制器采用模塊化的結構，易于擴展，同時可根據工藝要求來調整其控制方式；十二位的模擬量的采集精度能夠實時有效的溫度的變化和監測各壓力；觸摸屏的顯示裝置能夠使各壓力的上、下限報警值的設定更加快捷、方便，并可實時的顯示現場各個溫度值和壓力的變化。

參考文獻

[1]邵裕森，戴先中.過程控制[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]黃中原，劉建.基于組態王的空氣壓縮機遠程監控系統研究[M].浙江大學出版社，2008.

[3]向衍生.集散控制系統及應用[J].化學工業，2009，32（1）：77-89.

[4]曹輝.可編程控制系統原理及應用[J].科學通報，2010，47（3）：12-20.