空分系统增压机DCS控制系统的设计与实现

1 硬件配置

　　DCS系统采用美国FOXBORO公司推出的I/A Series控制系统，主要包括控制器、I/O 卡件、工程师站 1 台、操作站 3台、过程控制站1台、打印机 1 台。其中控制器与工程师站、操作站通过网关相连，操作站与打印机通过网关相连。

　　控制处理机——FCP270。FCP270是一个可选的容错站，和与它相连的现场总线组件(FBM)一起可按组态好的控制方案对过程进行监控，它可实现连续控制、梯形逻辑控制和顺序控制，完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。FCP通过串口连接FBM的底板，最多可串联4块底板，每块底板有8个FBM槽位，FCP270最多可支持32个FBM。

　　现场总线组件——FBM。FBM即I/O卡，它是现场信号转换部件，可将现场信号转换成计算机信号。它又分为模拟信号和数字信号两种类型，可执行多种功能。每个模拟组件有8个输入输出通道，数字组件有16-32通道。数字现场总线组件可执行多种功能，如事件序列监视、梯型逻辑控制和脉冲计数，所有现场信号与控制电子线路隔离，对模拟量输入/输出信号进行变压器耦合与光电双重隔离，且每路A/D和D/A转换独立，保证故障对系统影响最小。

　　工程师站。工程师站为独立安装，装有系统软件和应用软件以及实时数据库、历史数据库等管理软件。实现对空分系统控制组态、监控画面组态、历史及趋势数据的组态功能。按照应用操作站处理机 AW 进行配置，具有应用处理机 AP 及操作站处理机 WP 的功能，作为 AP 承担网络上的服务器功能，同时作为 WP 提供人机接口。

　　操作站。 操作站布置在控制室内，电源由 UPS 供电，实现操作人员监视和操作控制制机组设备功能。操作员的操作、工艺参数的报警由在线打印机自动记录并打印。除监控功能外，操作站还提供单个操作画面修改、软件的备份、参数修改功能。

2 网络结构

　　由于传统的总线控制方式 传输速度缓慢，而且效率低下，只能够分享共同的故障区域，并且同一时间内只能有一个进行通话。这直接制约着生产过程中控制系统的可使用率，生产过程中一旦出现控制网络故障即会造成无法对制氧设备的操作与监控，造成制氧设备重大事故停车。因此，我厂切合生产需要构建了MESH网络。

　　Mesh网络组建时需将工作站、控制处理器和I/O卡直接接入同一网络，所有各站均冗余以太网通讯;将电源系统、控制器、网络设备均进行冗余，能够实现无扰动切换，便于故障检查和处理;现场总线采用FCP270控制器，使用FBI(现场总线隔离组件)进行信号和电器隔离;FBM经过FBI挂在总线上，它为控制处理机和现场传感器/执行器提供接口，它们之间的通讯通过冗余的现场总线来完成。

3 控制系统的实现

　　增压机的控制画面包括增压机气路画面、增压机机器画面、增压机油站画面和增压机参数监控4副画面，对增压机运转数据进行实时显示和报警。操作员通过这4副画面可以完成增压机机器、油站以及相关阀门的实时操控。

　　增压机的启停控制。当工艺允许、机组允许和驱动允许三组条件同时满足方可启动增压机。在增压机启动的时候，防喘振阀要全部打开，一直保持到启动过程结束。同时，入口导叶需要关闭到最小位置，以保证电机无负荷启动。

　　增压机停车分为工艺停车、机组停车、驱动停车和紧急停车四种。当上面有任一情况发生，都会造成增压机故障停机。所有故障都排除后，需在画面上按下“跳车复位”按钮进行复位，才能对增压机进行下一次启动。

　　增压机油箱电加热器的控制。油箱电加热器的启停主要由就地的温度开关自动控制，DCS发出一个启动允许信号，当允许信号为1时，允许加热器投入加热。如果就地温度开关故障，超温后没有断开，则会有一个超温信号送到DCS，DCS再发出信号指令关闭油箱电加热器。

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　　增压机排油烟风扇的控制。排烟风扇在辅助油泵运行中或增压机运行中必须保持运行，当排油烟风扇电控允许信号以及辅助油泵、增压机任意一个启动信号存在，DCS便会发出信号，启动排油烟风扇;当辅助油泵、增压机均未启动或者增压机急停时，DCS便会停止排油烟风扇。

　　辅助油泵的控制。辅助油泵做为增压机机器主油泵的辅助后备，在增压机的启动、停止阶段为各设备供油。增压机启动后，辅助油泵仍会在运转状态，直到增压机全速运行;增压机停机时，辅助油泵会自动启动并且会一直运转，直到润滑时间信号结束为止;增压机运转过程中，如果出现润滑油压力低，辅助油泵会自动启动，如果出现密封气压力低，增压机不会连锁停机，因为增压机运转保护优先。

　　入口导叶的控制。在增压机开车前，入口导叶在全关位置。当增压机启动后，允许加载条件满足，入口导叶开到“最小位置”开度。增压机卸载时，开度变为0。在增压机运行过程中最小值MV1参与以下公式计算： MV=[(100-MV2)/100]*MV1+MV2

　　入口导叶的开度控制由MV的值决定，入口导叶的实际开度值与计算值有一个偏差计算，用以监控导叶开度的准确性，偏差为二者开度差值的绝对值。入口导叶的最小开度值由厂家给定。增压机停机后入口导叶也需随之关闭，并处在最小负载启动位置。

　　增压机控制系统自投用以来，增压机运行稳定，实现了系统的启停、连锁、保护的自动控制，运行安全可靠，完成了增压机独立的控制功能，达到了理想的设计要求。