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PLC控制系统在天然气脱水系统中的应用

发布时间:2013-05-03 作者:胡佳两 篪相丹  来源:万方数据
本文过对天然气脱水工艺进行研究,采用分子筛脱水工艺,设计开发了PLC控制系统。该控制系统分别采用PLC和PID实现顺序控制和连锁保护,并辅以组态软件实现系统的上位监控。经投运证明,该控制系统操作简便、顺控执行流畅、连锁保护可靠。系统脱水效果显著,达到了对天然气露点控制预期的要求。

2 PLC控制系统结构

  2.1硬件构成

  控制系统分为下位控制层和上位监控层。控制系统结构如图2所示。

图2控制系统结构图

  控制层采用AB SLCS/04 PLC作为控制核心,控制分子筛干燥塔各程控阀的开关,实现吸附、再生、冷却、等待四个阶段的切换。控制层通过DH485调制解调器与监控层进行数据传输。监控层由多台工控计算机和打印机组成,用于实现对现场工作状态的实时监控,并打印相关报表。其中一台为工程师站,可以使用组态软件对上位监控画面、系统控制参数等进行修改;其余为操作站,负责监控和报表打印。

  2.2软件构成

  下位控制层采用RSLogix 500编程软件,可对PLC进行硬件配置、程序编辑、模拟运行、在线调试和强制输出等操作,实现对现场仪表、阀门的自动控制和保护。

  上位监控层采用美国EMERSON公司的DeltaVDCS系统。其通过通信组态、控制组态、画面组态和数据连接,实现与PLC的通信,并下发控制指令,实现远程控制。

3 PLC控制系统功能

  根据工艺流程要求,PLC控制系统需实现的功能包括流程顺序控制、加热温度自动调节、在线监控、故障报警和联锁保护。

  3.1分子筛脱水流程顺序控制

  脱水工艺流程需要在吸附、再生、冷却、等待四个阶段循环切换。为保证各个切换阀门动作的准确性,本控制程序采用STEP作为切换标志,每个STEP对应相应的阀门动作,保证切换准确可靠。

  系统顺序控制如下。
  ①打开T1,吸收阀KV11, KV12,关闭再生阀KV13,KV14, T1进入吸附阶段;
  ②关闭T2吸收阀KV21,KV22,打开再生阀KV23,KV24, T2进人再生阶段;
  ③将再生气温度设为300℃,关闭旁通阀KV15 ,T2加热再生6h;
  ④将再生气温度设为50℃,T冷却4h;
  ⑤打开旁通阀K15,T2等待2h;
  ⑥打开Tz吸收阀KV21, KV22,关闭再生阀KV23,KV24, T2进人吸附阶段;
  ⑦关闭T1 ,吸收阀KV11,KV12,打开再生阀KV13,KV14, T1进人再生阶段;
  ⑧将再生气温度设为300℃,关闭旁通阀KV15,T1加热再生6 h;
  ⑨将再生气温度设为50℃,T1冷却4h;
  ⑩打开旁通阀KV15 ,T1等待2 h;
  ⑩重复步骤①一②。

  以上顺序控制在上位机上进行操作,实现一键启动、一键停止,并实时监控过程数据的变化以及目前正在进行的步骤,随时掌握流程进程。上位机还组态了上部复位和下部复位两个复位按钮。通过点击这两个按钮,可以使流程直接跳转到步骤①或步骤⑥开始执行,确保在需要的情况下可以对流程进行调整。

  3.2再生气加热温度PID调节

  再生气温度是整个流程中控制的重点。温度过低,分子筛床层再生无法达不到预期目标,从而影响脱水效果;温度过高,不仅浪费燃料,而且还可能造成分子筛床层结焦。为达到工艺要求,PLC控制系统设计了温度自动调节程序。

  将再生气加热炉出口温度与设定值进行比较,输出的偏差用于控制加热炉燃料气调节阀开度。当温度偏低时,调节阀开度增大,使再生气温度升高;反之,当温度偏高时,调节阀开度减小。

  3.3在线监控

  上位机用来显示整个分子筛脱水系统的工艺流程、设备运行状况、过程变量值和历史趋势图。操作人员可以通过显示器监控流程运行情况,并能通过鼠标、键盘改变流程顺序、调整工艺参数,实现对自控系统的干预。

  3.4故障报替及联锁保护

  当生产过程中出现故障或工艺参数超限时,控制系统会出现声光报警,提醒操作人员及时采取措施排除故障,保证系统的正常运行。当工艺参数超过关断设定值时,整个分子筛脱水系统自动关停,保证人员、设备的安全。同时,现场控制盘和上位机均有紧急关停按钮,在出现紧急情况时,可人为关停

4 结束语

  试运行表明,本文设计的PLC控制系统能够准确控制分子筛脱水设备在吸附、再生、冷却、等待四个阶段之间的自动切换,脱水效果达到工艺要求。目前,该系统已投人正常运行。本系统充分发挥PLC在顺序控制方面的优势,采用“STEP”作为顺序控制的标志,控制精准程序可读性好,对于其他天然气脱水项目控制程序的编写具有借鉴作用。
 

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