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摘要：本文應用希望森蘭變頻器SB61、工控機實現石化行業液化氣提取的自動化。
關鍵詞：變頻器、工控機
1、引言
變頻調速是一種高效的調速方式，它調速精度高、調速范圍寬和操作方便，并且可利用變頻器上自帶的RS485串行通訊口實現和控制系統的通訊，以便于隨時監控系統的工作情況，有利于生產正常進行。2002年我公司對煉油廠丙烷壓縮機液化氣的提取系統進行自動化改造，改造后除提高工藝操作水平外，而且節能20%左右，經濟效益也十分顯著。
2、森蘭SB61變頻器的主要特點
丙烷壓縮機是該系統的關鍵設備，對變頻器的可靠性、起動轉矩和動態響應都有一定的要求。由于變頻器是該自動化系統的一部分，為減少干擾，要求輸出波形中有較低的諧波含量，因此，選用我公司生產的SB61全能王變頻器。該變頻器采用先進的矢量控制算法，功能齊全，在各種行業中應用自如。可以選擇V/f開環、V/f閉環、無PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可選用鍵盤和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通訊口，便于與計算機組網控制。在設計中進行可靠性設計，電磁兼容設計，穩定性分析等。考慮到人性化因素，SB61系列變頻器美觀大方，雖然功能齊全，但參數設定簡單，操作非常方便，是一款性價比很高的產品。
3、工藝過程
3.1 液化氣的提取工藝系統
液化氣的提取工藝系統如圖1所示：
圖1
圖1中:
P0—入口壓力，外部供氣壓力；
P1—進氣口壓力，進氣閥調節后壓力，要求＜0.6Mpa；
P2—壓縮機出口壓力,要求1.2Mpa～1.7Mpa；
P3—分離塔壓力,要求1.08Mpa；
L1—入口流量,壓縮機吸氣量；
L2—出口流量,壓縮機排氣量；
閥門開度：生產要求進氣閥開度30%～50%。
出口閥開度80%～100%。
工藝過程：
煉油產生的氣體，經過壓縮機加壓后凝為液態進入分離塔，經過吸收等其他加工工藝，提取出石油液化氣。進氣口壓力P1要求小于0.6MPa，壓縮機出口壓力P2可達到1.2MPa～1.7MPa之間，經出口閥調節后保證分離塔壓力P3在1.05MPa。如果某種原因使分離塔壓力升高，為安全起見則將泄壓閥打開，將分離塔內的液體經管道回流進氣口。
調節閥門的開度使P1指示壓力小于0.6MPa，P3壓力在1.08MPa左右。操作操作人員根據P1、P2、P3上的指示值進行調節。進氣的壓力P0一般來說不是很穩定，為使控制準確，需知道P0與P1、P2、P3的變化的關系如表1所示：
P0不變時調節進口閥的開度與P1，P2，P3變化關系如表2所示：
4、系統的構成
由表1和表2所反映的在P0改變時和進口閥開度改變時，P1、P2、P3和L1、L2的變化可見，進氣P0的升高或降低，使P1，L1和L2發生相應的改變。如果要使流量L1和L2不變,可調節進口閥的開度往P0增加的相反方向變化，即P0增大，進口閥開度減少，或P0降低，進口閥開度增大。
為保證生產的穩定性，希望進入分離塔的丙烷流量不要太大的波動。為此控制方式可有兩種選擇，一種采用流量控制方式，用流量變送器采集的流量信號回饋到控制系統上，使系統組成為一流量閉環系統，這樣不論P0如何變化，都可保證流量基本不變。另一種方式是用P1信號作為反饋信號，只要使P1保持穩定流量就基本不變。因此，在進氣壓力P0波動時，使壓縮機轉速發生改變，使P1不變，即可使流量基本不變。于是以壓力信號P1作為反饋信號組成壓力閉環系統。這里P1信號在壓縮機輸入管道上，但是P1的變化是壓縮機調速后的結果，作為閉環系統的反饋信號是可行的。由此可見，調節壓縮機的轉速和調節進口閥的開度在工藝上可達到相同的效果。本系統的壓縮機電機功率為160KW，工頻運行時，流量的改變靠閥門節流調節，浪費了大量的能源，機械的磨損未能減低，影響機組的使用壽命。為實現生產過程的自動化，采用一臺SB61系列160kW變頻器與壓力變送器P1構成恒壓控制。系統如圖2所示：
圖2 變頻器控制系統
為提升整個系統的自動化水平，引入工控機進行監控，監控系統框圖如圖3：
圖3 監控系統框圖
本系統數據采集卡采集壓力，流量,閥門開度等模擬量，輸出模擬量調節電動閥開度;采集報警，和其他開關信號，輸出備用系統起動信號，停止信號等。工控機通過RS485實現對變頻器進行控制，P1壓力通過數據采集卡采集，經工控機處理后,由RS485將控制信號送到變頻器,控制變頻器的頻率的升降，達到恒定P1的目的，最終使流量基本不變.當然還要控制變頻器的起停，同時電機的運行參數也要送工控機進行監控。工控機為一臺CPU PⅢ，內存128M，硬盤20G的研祥工控機，配置數據采集卡，溫度信號處理卡，開關信號接線板，RS485通訊卡，RS485通訊模塊等。
模擬量數據采集卡將壓力、流量、閥門開度、電機溫度和管道溫度等模擬信號轉換成12位的數字信號，每一路信號占用數據采集卡上一個模擬通道，互不影響，采樣周期為300ms。SB61變頻器支持RS485半雙工串行通訊方式，通過在工控機上用IP函數或VB的MSCDMM通訊控件編制串行通訊程序，即可實現工控機與變頻器之間的通訊，本系統用VB的通訊控件編制。將采集到的數據信號，經實時分析處理后，通過組態王監控畫面，監測現場傳輸的實時數據和歷史數據及設備的運行狀況，歷史曲線的分析，實時報表，歷史報表的打印，聲光報警等。
5、結束語
原系統是在人為觀察P1壓力的情況下，改變進口閥的開度來滿足工藝上的要求，在P0波動比較頻繁時，人工勞動強度大。控制系統投入運行后一般不需要人工干預，可在遠離現場的地方進行監控。壓縮機用變頻器驅動后節能效果明顯,據用戶測算可節能18%～22%。電動機的起動電流和運行電流均在額定電流以下，減少了對電網的沖擊。電機速度不總是在工頻工作，延長了設備的使用壽命，系統的安全性也有所提高。
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