制冷壓縮機的PLC控制改造

巨化股份公司合成氨廠主要生產碳氨、尿素、甲醇、液氨等產品。在各產品工藝流程中，要求提供大量的制冷量，合成氨廠利用氣氨、液氨進行能量轉換，通過冷凍冰機供應大量的制冷量。考慮到合成氨廠節能改造總體規劃和冷凍量需求，結合冷凍崗位增產節能、更新改造要求，針對原有的老工藝活塞式壓縮機損耗高、打量小，運行效率低、電氣設備過于繁瑣等問題進行技改工作。原有的BTD-ICC型活塞式冰機采用繼電器控制，存在控制回路接線復雜繁瑣，損壞率高，機械傳動部件多，操作麻煩，故障頻繁，維修不便等問題。因此合成氨廠決定以制冷量100萬大卡/小時，功耗450kW的螺桿冰機更新原活塞式冰機。

在電氣控制回路中采用PLC控制，由于PLC具有可靠性高，抗干擾能力強;控制程序可變，具有很好的柔性;編程簡單，使用方便;功能完善;擴充方便，組合靈活;體積小、重量輕等優點，本次設計運用在實踐中取得了預計的效果。

2 工藝流程介紹

冷凍冰機的工作過程是依據物理轉換:（壓力×體積）/溫度=常數（即P1V1/T1= P2V2/T2）使氣氨轉為液氨的物理工藝過程。
所以氣氨的壓力、溫度是工藝控制的重要參數。

生產中將壓力低于2kg/m3的氣氨通過系統的氣氨總管進入進口處的氨分離器，分離出液氨霧滴，濾去液氨霧滴的氣氨流過系統管進入壓縮機組的吸氣過濾器，再通過過濾器中的過濾網濾去氣氨夾帶的小雜物（其中吸氣過濾器設有溫度計指示吸氣溫度，并由一截止閥連接吸氣壓力表來指示吸氣壓力）。干凈的氣氨進入螺桿壓縮機進行壓縮升壓（即氣壓由0.3Mpa上升至1.57MPa），壓縮后的氣體至排氣口排出。在壓縮機運轉中，油泵向壓縮機內噴入大約占體積流量0.5～1%的潤滑油，這部分潤滑油起著冷卻、密封、潤滑的作用，此時要求油噴入的壓力必須大于壓縮機內氣氨的壓力，保證潤滑油順利噴入，這里的油氣壓差檢測點為重要參數。這些潤滑油隨排氣排入油分離器，進行油分離，油分離器中裝有一安全閥，作用是當分離器內的壓力過大，則通過安全閥放空。此后系統分為氣路過程和油路過程。

從氣路過程來看:經過油分離的氨氣以溫度為60～70℃、1.35～1.40MPa的壓力進入冷凝器冷凝成液氨，液氨進入液氨收集器;從油路過程來看:在油分離器中分離出的油經過油冷卻器，冷卻后的油經過逆止閥（只能單方向流通）進入到油粗過濾器，濾去鐵屑等大顆粒雜質后到噴油油泵進口，由油泵升壓后，再經油精過濾器進一步過濾后回流到噴油總管進入壓縮機。油泵并接了附線閥來調節油泵壓力，油精過濾器接有壓力表（正常時壓力值應較小≤0.07MPa，壓力值較大時說明過濾器中濾網被堵，需清理），其基本工藝流程框圖如圖1所示：

圖1 基本工藝流程框圖

由于壓縮機主機前后軸瓦因長期運行發熱，需加油進行冷卻、潤滑。為此，增設2臺稀油站油泵從油箱吸油經濾油器、油冷卻器向軸瓦噴油。一般壓力足夠時，由一臺油泵供油，另一臺作備用機;當油泵壓力不夠時，則啟動兩臺泵同時供油，要求噴入軸瓦的油壓一般為0.15MPa。

3 PLC控制

可編程序控制器是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術與自動控制技術為一體的工業控制產品，是在硬接線邏輯控制技術和計算機技術的基礎上發展起來的。通常把PLC認為是由等效的繼電器、定時器、計數器等元件組成的裝置。PLC不同于繼電器控制要接許多真正的硬件繼電器，它由一些"軟繼電器"組成，避免了因元件磨損維修，及一系列繁雜的接線工作。

（1） 主要特點

可靠性高、抗干擾能力強;
控制程序可變，具有很好的柔性;
編程簡單、使用方便;
功能完善;
擴充方便，組合靈活;
減少了控制系統設計及施工的工作量;
體積小、重量輕，是"機電一體化"特有的產品。

從電氣儀表角度出發，采用集控的接口，可靈活利用PLC控制、現場總線控制系統（FCS）或集散系統（DCS）實現工藝參數的顯示和控制。就本次改造規模、投資價格、工藝控制點而言，我們采用可編程控制器來實現電氣指標顯示和跳閘、報警。

（2） PLC選型

PLC選型主要是根據所需功能和容量進行選擇，并考慮維護的方便性，備件的通用性，是否易于擴展，有無特殊功能要求等。通過比較，我們選用三菱微型可編程控制器的FXON系列。FXON系列是將眾多功能凝聚在超小型機殼內的微型可編程控制器。

與F1/F2系列相比，FXON系列安裝面積只有F1/F2系列的41%，體積只有37%，并在控制器內備有模擬電位器與RUN/STOP開關等方便功能。通過擴展單元、擴展模塊與基本的連接，可自由地選擇使用輸入輸出點數。FX
ON系列繼承了原有系列的固定搭配和靈活性。

（3） PLC控制系統的設計

根據工藝提出的條件及控制要求，具體設計思路如下:螺桿冰機有1臺循環油泵，運行時，油壓的高低通過副線閥來調節。2臺稀油泵，油壓正常時，1臺運行，1臺備用并可自動切換。油壓低時，2臺稀油泵同時啟動;當油壓差超低時，延時6s跳車。另外，排氣溫度高，油溫度高，北軸承溫度高，南軸承溫度高，排氣壓力高，油精濾器壓差高，都將引起跳車。但在稀油站油壓低，油氣壓差低，直流電源失壓，循環油泵過載，1#、2#稀油泵過載時不跳車，而只發報警信號。要實現上述功能，中間繼電器需要數十只，而且接線非常復雜，檢修極其困難，可靠性差，而采用PLC后接線相當簡單，而且可靠性大大提高。其梯形圖如圖2所示。

圖2 PLC控制梯形圖

4 結束語

采用螺桿冰機取代活塞式冰機可節省冷凍機潤滑油11.5噸/年.臺。用小型PLC工控機取代傳統的固定程序式繼電器-接觸器。