PLC在沼气生产智能增压系统中应用

1、PLC在沼气生产智能增压系统中应用 摘要：沼气在生产中经常会出现压力不稳以至于后续沼气提纯工艺无法高效开展的现象。根据生产实际需求，通过对控制元器件合理选型，并对其进行程序设计及调试的研究以实现对主要执行元件空气压缩机的智能化控制，到达流量的精准控制，提高生产效率，减少设备的能源消耗；调节工作过程中的流量，到达节能降耗的目的。关键词：沼气；智能控制；PLC；增压系统该工程以实际工程工程为载体，运用西门子S7-1200系列PLC,结合沼气生产增压系统工艺特点，研发出一套沼气生产中增压环节的智能控制系统。系统可以通过上位机对增压现场进行监测，对整个工艺及生产过程中压力、流量、温度等进行实时监测的同

2、时，能自动采集信息形成数据库，且具有平安、消防等系列危险预警功能。同时，通过上位机对下位机的控制，调节现场阀门、开关等实现压力、流量的闭环控制，保证工艺装置平安、平稳生产运行。1系统整体设计系统整体设计要求主要包括实现以下几个方面功能：1提供辅助电机控制的就地隔爆操作柱及辅助电机的马达电气柜，实现辅助电机的就地控制；机组马达电气柜MCC实现辅助电机的自动控制，具备完善可靠的过电流保护功能，并将各马达的操作和运行状态传送至PLC。2机组需设置PLC控制柜，放置于低压配电室。每套PLC控制柜包括CPU处理单元、I/0模块、直流电源、触摸显示屏、信号隔离器、外部链接端子等。3机组PLC控制柜需完成但

3、不仅限于功能如下:机组的所有过程数据的采集处理；机组的报警、联锁逻辑控制;机组的流量调节；机组的就地激活、停止、紧急停车；控制系统的故障诊断和容错控制；与DCS实时通讯、TCP/IP通讯协议；简便的人机操作接口。1.1沼气生产增压环节工艺流程。沼气增压工艺流程，首先沼气反响罐产生的沼气通过送风机后压力升至0.20.5bar，该沼气被送至增压机的入口前置过滤器，经过初级过滤，气体进入入口别离器，将沼气中含有的水分初步别离，之后进入后置过滤器，经过再次精密过滤，进入喷油螺杆压缩机对沼气进行增压，将沼气压力增加至89bar。增压后的沼气进入油气别离器，别离出经压缩后加沼气的油分后，进入换热器进行冷却

4、。冷却后的沼气再通过气液别离器将压缩后沼气含有的水份再次别离后，进入微油精密别离器再次除油。最后进入活性炭除油后送入下一步提纯工艺。1.2系统控制要求。1.2.1被控对象压缩机技术参数沼气压缩机的排气压力1.0MPaG，单台机组额定流量为2625Nm3/h，两台机组总流量5250Nm3/h。两台沼气压缩机机组均通过变频调节流量，即自行在触摸屏上设定流量后，两台机组均能通过自带的PLC系统自动实现变频调节过程,满足15005250Nm3/h总流量调节范围。1.2.2平安区控制柜1.2.2.11台套PLC控制柜，放置于平安区低压配电室，防护等级IP54。1.2.2.2西门子PLCS7-1200控制

5、系统，预留上位机系统以太网接口，可实现远程监控液晶显示屏，触摸屏设计。1.2.2.3压缩机所有信号接入PLC系统中，实时显示压缩机系统中的进气压力、排气压力、润滑油压力、排气温度、润滑油温度、电压、电流、故障、启停等信息。1.2.2.4控制按钮安装于柜体上，包括启动/停机、紧急停机复位、就地/远程选择开关。1.2.3平安区变频启动柜1.2.3.11台套变频启动柜，控制电机变频运行，放置于平安区低压配电室。1.2.3.2辅助电机的自动控制，具备完善可靠的过电流保护功能，可将电机的操作和运行状态传送至PLC。1.3控制系统硬件设计。根据生物燃气增压环节生产工艺要求,设计其硬件智能控制系统。该系统主

6、要由检测与执行局部、PLC逻辑程序控制局部、上位机监控三局部。其中上位机采用工业计算机，用来监控系统增压过程中的压力、温度、液位等参数，并根据检测到的参数向PLC发送指令，以控制相应的执行机构动作；下位机PLC逻辑控制局部选用西门子S7-1200系列产品。根据设备的情况和工艺要求，CPU模块采用6ES7215-1AG40-OXBO，AI模块采用6ES7231-4HD32-OXBO，显示屏采用6AV6647-OAF11-3AXO，通讯模块采用CP343-16GK7277-1AA10-OAA0，与利用以太网通信。需要注意的是考虑到以后系统升级等需求，在实际生产中，PLC输入、输出应有局部冗余。1.

7、4控制系统软件设计。1.4.1启动条件压缩机启动前，必须满足的两个条件：一是没有报警出现，二是电机最小停止延时时间最后一次停止到下一次启动之间有20分钟延时。1.4.2起动顺序当环境温度低于30时，油加热器先预热15分钟，再起动压缩机。其流程图如图1所示。控制系统在启动阶段要为各种报警及警告设置延时。在延时时间内各种报警及警告信号保持激活状态，但不执行停机及警告动作，如果到达延时时间，各种报警及警告仍存在，那么采取动作。1.4.3停机顺序在收到停止命令后，顺序如流程图如图2所示。1.4.4变频器转速和回流阀开度调节时序当压缩机启动时，会以一个初始启动转速运行；启动之后，需要根据所需排气压力调节

8、变频器转速和回流阀开度。如图3所示。2系统实现2.1下位机PLC程序设计。根据生物燃气增压工艺特点与要求，将系统的PLC控制程序设计成启动顺序模块、报警模块、模拟量采集模块、通讯模块四个模块。启动顺序模块：设备启动顺序流程设计，对卸载电磁阀、散热装置、变频器进行控制。报警模块:当系统增压过程中压力、温度等参数超过上、下限时,系统将发出报警信号，提醒操作人员系统设备出现故障。模拟量采集模块：分别检测增压系统压力、温度、可燃气体含量、变频器转速电流等参数，将数据采集到PLC，通过操作屏进行数据显示，方便操作人员进行数据监控。通讯模块：将系统启停控制及采集到的数据上传到上位机。2.2上位机监控界面实

9、现。在系统设计中，选用WinCC软件实现系统上位机监控界面的搭建，对沼气生产过程增压系统进行实时监控。整个监控系统包括起始画面、状态监控(一)、状态监控(二)、参数设置及故障信息设置五个窗口。其主画面主要监控压缩机排气温度、压缩机润滑油压力、压缩机出口温度、压缩机排气压力、压缩机润滑温度、电机转速、压缩机启停状态等变量。具体实现如下：2.2.1创立组态工程在组态环境下建立名为沼气增压控制系统;的新增应用程序。2.2.2创立数据对象在组态工程中，数据对象是连接每个环境的关键。首先，在数据库组态界面将所有需控制的量创立到工程工程中；其次，定义组态软件内部的I/变量，给每个变量定义属性。在使用软件时

10、须注意数据库的建立，创立数据库变量并与PLC设备数据进行连接，该系统中各检测点的温度、压力、流量、阀门开度等都需要保存在数据库中。在建立数据库时，先按照变量类型创立新变量,并设置其根本参数、报警参数等，然后把已创立的变量与现场的I/O设备检测到的某一具体数据项通过设备连接建立关系。2.2.3构建监控画面根据系统的控制要求,利用组态软件系统图库来搭建沼气生产增压控制系统。通过变量连接使沼气增压系统现场设备的工作状况、各传感器数据和控制参数以动画的形式反映在监控屏幕上。同时，操作人员可根据生产要求直接控制现场设备或修改工艺参数。3结论运用西门子S7-1200PLC,设计沼气生产智能增压控制系统，操控稳定、运行效果平安、适应性强，充分表达出了PLC可靠性高、抗干扰能力强的特性。此外，该系统还可实现监控整个工艺生产现场运行状况，进行数据采集及传输、故障报警等功能。为沼气生产中增压