制冷压缩机的PLC控制改造设计

1、引言

巨化股份公司合成氨厂主要生产碳氨、尿素、甲醇、液氨等产品。在各产品工艺流程中，要求提供大量的制冷量，合成氨厂利用气氨、液氨进行能量转换，通过冷冻冰机供应大量的制冷量。考虑到合成氨厂节能改造总体规划和冷冻量需求，结合冷冻岗位增产节能、更新改造要求，针对原有的老工艺活塞式压缩机损耗高、打量小，运行效率低、电气设备过于繁琐等问题进行技改工作。原有的BTD-ICC型活塞式冰机采用继电器控制，存在控制回路接线复杂繁琐，损坏率高，机械传动部件多，操作麻烦，故障频繁，维修不便等问题。因此合成氨厂决定以制冷量100万大卡小时，功耗450kW的螺杆冰机更新原活塞式冰机。

在电气控制回路中采用PLC控制，由于PLC具有可靠性高，抗干扰能力强、控制程序可变，具有很好的柔性，编程简单，使用方便，功能完善；扩充方便，组合灵活；体积小、重量轻等优点，本次设计运用在实践中取得了预计的效果。

2、工艺流程介绍

冷冻冰机的工作过程是依据物理转换：（压力×体积）温度=常数（即P1V1T1= P2V2T2）使气氨转为液氨的物理工艺过程。

所以气氨的压力、温度是工艺控制的重要参数。

生产中将压力低于2kgm3的气氨通过系统的气氨总管进入进口处的氨分离器，分离出液氨雾滴，滤去液氨雾滴的气氨流过系统管进入压缩机组的吸气过滤器，再通过过滤器中的过滤网滤去气氨夹带的小杂物（其中吸气过滤器设有温度计指示吸气温度，并由一截止阀连接吸气压力表来指示吸气压力）。干净的气氨进入螺杆压缩机进行压缩升压（即气压由0.3Mpa上升至1.57MPa），压缩后的气体至排气口排出。在压缩机运转中，油泵向压缩机内喷入大约占体积流量0.5～1%的润滑油，这部分润滑油起着冷却、密封、润滑的作用，此时要求油喷入的压力必须大于压缩机内气氨的压力，保证润滑油顺利喷入，这里的油气压差检测点为重要参数。这些润滑油随排气排入油分离器，进行油分离，油分离器中装有一安全阀，作用是当分离器内的压力过大，则通过安全阀放空。此后系统分为气路过程和油路过程。

从气路过程来看：经过油分离的氨气以温度为60～70℃、1.35～1.40MPa的压力进入冷凝器冷凝成液氨，液氨进入液氨收集器；从油路过程来看：在油分离器中分离出的油经过油冷却器，冷却后的油经过逆止阀（只能单方向流通）进入到油粗过滤器，滤去铁屑等大颗粒杂质后到喷油油泵进口，由油泵升压后，再经油精过滤器进一步过滤后回流到喷油总管进入压缩机。油泵并接了附线阀来调节油泵压力，油精过滤器接有压力表（正常时压力值应较小≤0.07MPa，压力值较大时说明过滤器中滤网被堵，需清理），其基本工艺流程框图如图1所示：

图1 基本工艺流程框图

由于压缩机主机前后轴瓦因长期运行发热，需加油进行冷却、润滑。为此，增设2台稀油站油泵从油箱吸油经滤油器、油冷却器向轴瓦喷油。一般压力足够时，由一台油泵供油，另一台作备用机；当油泵压力不够时，则启动两台泵同时供油，要求喷入轴瓦的油压一般为0.15MPa。

3、PLC控制

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。PLC不同于继电器控制要接许多真正的硬件继电器，它由一些软继电器组成，避免了因元件磨损维修，及一系列繁杂的接线工作。

（1）主要特点

�可靠性高、抗干扰能力强； �控制程序可变，具有很好的柔性； �编程简单、使用方便； �功能完善； �扩充方便，组合灵活； �减少了控制系统设计及施工的工作量； �体积小、重量轻，是机电一体化特有的产品。

从电气仪表角度出发，采用集控的接口，可灵活利用PLC控制、现场总线控制系统（FCS）或集散系统（DCS）实现工艺参数的显示和控制。就本次改造规模、投资价格、工艺控制点而言，我们采用可编程控制器来实现电气指标显示和跳闸、报警。

（2） PLC选型

PLC选型主要是根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备件的通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。通过比较，我们选用三菱微型可编程控制器的FXON系列。FXON系列是将众多功能凝聚在超小型机壳内的微型可编程控制器。

与F1F2系列相比，FXON系列安装面积只有F1F2系列的41%，体积只有37%，并在控制器内备有模拟电位器与RUNSTOP开关等方便功能。通过扩展单元、扩展模块与基本的连接，可自由地选择使用输入输出点数。FXON系列继承了原有系列的固定搭配和灵活性。

（3） PLC控制系统的设计

根据工艺提出的条件及控制要求，具体设计思路如下：螺杆冰机有1台循环油泵，运行时，油压的高低通过副线阀来调节。2台稀油泵，油压正常时，1台运行，1台备用并可自动切换。油压低时，2台稀油泵同时启动；当油压差超低时，延时6s跳车。另外，排气温度高，油温度高，北轴承温度高，南轴承温度高，排气压力高，油精滤器压差高，都将引起跳车。但在稀油站油压低，油气压差低，直流电源失压，循环油泵过载，1#、2#稀油泵过载时不跳车，而只发报警信号。要实现上述功能，中间继电器需要数十只，而且接线非常复杂，检修极其困难，可靠性差，而采用PLC后接线相当简单，而且可靠性大大提高。其梯形图如图2所示。

图2 PLC控制梯形图

4、结束语

采用螺杆冰机取代活塞式冰机可节省冷冻机润滑油11.5吨年.台。用小型PLC工控机取代传统的固定程序式继电器-接触器硬接线控制方式，不仅简化了电控、仪控环节，减少了控制设备数量，而且可以随时变更、修改程序，修正参数以适应工艺要求。