天然氣壓縮機組控制流程設計

徐懷東

（中油濟柴成都壓縮機公司，四川成都 610100）

0 引言

天然氣壓縮機組是目前自動化程度高的機組，其機組配套的控制系統采用PLC 為核心的可編程控制器，開發應用配套的編程技術的設計對機組可靠、穩定運行以及故障診斷具有重要的應用意義。

1 控制系統的硬件構成

1.1 壓縮機UCP 控制盤

壓縮機組就地控制盤（Unit Control Panel，UCP）安裝于壓縮機撬上，主要硬件構成為：羅克韋爾Compactlongx 系列PLC 為核心的控制系統；采用紅獅G310 系列觸摸屏（HMI）用于機組運行參數的顯示、設置、操作、通信以及報警停機信息的輸出。將壓縮機組采集到的模擬量信號主要包括機組機油壓力、機油壓力、工藝氣進排氣壓力、振動、閥門開度和開關量數字信號等，主要包括機組油位、水位、液位、狀態檢測輸出信號通過PLC 的I/O 通道模塊采用RSLogix5000 軟件進行控制邏輯編程，控制輸出機組的啟動、停止、加載卸載、故障報警等流程邏輯控制。機組通信是利用觸摸屏G310 高速的RS232/485 通信端口和Ethernet10 BaseT/100 與多不同類型的硬件通信的功能來集成的。觸摸屏有3 個通信端口：TCP/IP 端口與PLC 進行通信連接采集、監控壓縮機組的運行參數；RS485 端口1 作為主站與發動機PL1000E 模塊進行通信，RS485 端口2 后作為叢站將壓縮機、發動機運行參數通過端口映射后上傳給上位DCS 系統（圖1）。

1.2 發動機ADEMIII 控制系統

卡特彼勒新型的數字式發動機管理系統ADEMIII 提供調速，空燃比及正時控制，并通過感應各缸爆燃來調整點火時間，燃氣計量閥，廢氣旁通閥及空氣進氣閥使用電子控制的液壓執行器進行控制。利用與ADEMIII 控制模塊連接的遠程控制接口，可以將壓縮機控制盤進行互聯，當壓縮機運行時出現故障后發動機能夠進入正常或者緊急停車模式。

圖1 控制系統

2 邏輯編程控制方案

（1）將采集到的壓縮機的模擬量、開關量輸入，狀態輸出信號采用羅克韋爾RSLogix5000 軟件編程。編程采用功能塊封裝模式，將模擬量、開關量分別與功能塊的輸入、輸出對應進行組態，再通過編程將各功能塊進行邏輯連接完成壓縮機組的流程控制。

（2）工藝氣進出口、清洗、放空以及加載、卸載采用自動閥門，控制流程對每個閥門在不同的狀態下進行編程邏輯控制。

3 流程狀態的編程設計

壓縮機組控制編程設計分為4 個狀態：停止狀態、啟動狀態、運行狀態以及報警故障狀態。

3.1 停止狀態

控制盤上電后，在發動機沒有運轉的情況下，機組處于停止狀態。如果壓縮機曲軸箱潤滑油實際溫度未達到“允許啟機油溫標準”，觸摸屏信息欄將不會出現“準備啟動”字樣，此時當按下“運行”按鈕時觸摸屏信息欄頂部將出現“機油溫度未達到起機要求，開啟外循環加熱器”提示，開啟外循環機油加熱泵直到壓縮機曲軸箱機油溫度達到“允許啟機機油溫度值”設定值后該提示才會消失，信息欄將出現“準備啟動”字樣。

3.2 啟動狀態

按下運行按鍵，進入清洗、增壓、預潤滑以及啟動發動機流程（圖2）。

（1）清洗流程的目的是置換壓縮缸內的空氣。觸摸屏信息欄將出現“清洗中”字樣并進行倒計時，進入清洗流程前如果管道內進氣壓力大于系統設定的“清洗使能壓力值”系統自動跳過清洗流程（圖3）。

（2）清洗流程完成后，機組進入增壓流程。機組增壓的目的是讓機組啟動時有一定量的工藝氣體，防止發動機啟動運行時機組內部形成負壓，導致空氣進入壓力容器和壓縮缸內。觸摸屏信息欄將出現“增壓中”字樣，并顯示進氣壓力值。在增壓流程內，進氣壓力首次達到“允許啟動前增壓壓力值”后，增壓流程完成，觸摸屏信息欄將顯示“增壓完成”字樣。

圖2 啟動流程

（3）前預潤滑流程，觸摸屏信息欄將出現“預潤滑中”字樣，并對其倒計時，預潤滑流程中壓縮機曲軸箱主油道潤滑油壓力將被監控，以確定是否滿足預潤滑允許的壓力值的要求。如果在預潤滑倒計時結束后，壓縮機主油道機油壓力未達到設定值，將發生預潤滑故障并停機。當壓縮機主油道機油壓力已達到預潤滑機油壓力設定值時，且預潤滑倒計時結束后，預潤滑流程完成，但外循環機油加熱泵仍要持續運行直到前預潤滑定時器結束后（圖4）。

（4）按下“發動機啟動”按鈕后，觸摸屏信息欄將提示“發動機啟動中”字樣，發動機啟動成功后，觸摸屏信息欄將提示“發動機運行中”字樣。

圖3 清洗流程

3.3 運行狀態

發動機正常啟動后，流程進入運行狀態，觸摸屏信息欄將出現“系統運行中”字樣。運行狀態分為暖機流程、加載流程以及卸載流程。

（1）機組進入運行狀態后進入暖機流程。觸摸屏信息欄將出現“暖機中”字樣，并對暖機狀態進行倒計時。當到計時結束，“壓縮機曲軸箱潤滑油溫度”值達到設定的“機油暖機溫度值”時，觸摸屏信息欄將出現“暖機完成”字樣。

（2）當機組暖機完成后，觸摸屏信息欄出現“準備加載”字樣。按下“加載”按鈕進入加載流程。

（3）按下“卸載”按鈕，系統將開啟卸載流程，觸摸屏信息欄出現“卸載中”字樣，壓縮機卸載流程完成，觸摸屏信息欄出現“準備加載”字樣，此時可以點擊“加載”按鈕讓機組重新加載。

3.4 正常停機流程

按下“停止”按鈕，如果機組未處于加載狀態，發動機直接停止。觸摸屏信息欄將出現“系統停止中”字樣。機組進入停機狀態后，將開啟進行后潤滑流程，觸摸屏狀態欄將出現“后潤滑中”字樣，并倒計時完成。

圖4 增壓、前潤滑流程

4 結束語

由于控制系統硬件采用模塊化設計，編程也使用功能塊來實現，可以大大提高壓縮機組硬件設計、程序開發編制的效率。為壓縮機組平穩運行，減少事故的發生以及故障診斷提供了有力的保障。