Abstract：The paper introduces the power set of control system in the 12000m3/h air separated plant of LaiWu iron and steel. The redundancy power technology makes the system safe. The push relay and conform by signal finishes the controller’s power run valuable. It has important values for the control system power design and application.

Keyword：Structure redundancy separate

1.工艺流程简述

　　莱钢12000m3/h空分装置整套工艺流程采用常温分子筛净化空气，增压透平膨胀机制冷；采用规整填料技术及全精馏制氩的外压缩流程。
　　原料空气在过滤器中除去了灰尘和机械杂质后，进入空气压缩机压缩至0.615Mpa（A），然后送入空气冷却塔进行冷却,出空冷塔的空气再进入交替使用的分子筛吸附器。在那里原料空气中的水份、二氧化碳、碳氢化合物等的不纯物质被分子筛吸附。一部分空气直接进入主换热器，被返流出来的气体冷却至饱和温度进入下塔；其余部分空气进入空气增压机增压，冷却后进入主换热器，从中部抽出进入膨胀机，膨胀后的大部分空气进入上塔；空气在分馏塔下塔中经初步精馏后，在下塔的底部获得液空，下塔的顶部获得纯液氮，下塔抽取的液空和液氮，进入液空、液氮过冷器，过冷后送入上塔的相应部位。在上塔内,经过再次精馏，在上塔的底部获得99.6%的液氧。从分馏塔上塔中部的适当位置引出一股氩馏份气，经过粗氩塔Ⅰ、粗氩塔Ⅱ和精氩塔的精馏，最后在精氩塔底部得到的99.999％Ar精液氩，部分液氩经液氩泵加压至3.0MPa。上塔底部的液氧经主换热器复热，进入氧压机压缩至2.5Mpa进入氧气管网，剩余一少部分液氧进入液氧贮槽，可外供低温液体，也可将低温液体经液氧泵压缩升压后，经水浴式液氧汽化器汽化并入氧气管网。 从辅塔顶部引出的纯氮气，经过冷器主换热器复热后出冷箱，一部分经低压氮压机压缩至1.0Mpa，并入低压氮气管网；另一部分经中压氮压机压缩至2.5Mpa。还有部分液氮出冷箱进入贮槽。

2.控制系统的结构

　　莱钢12000m3/h空分装置控制采用集散控制系统。DCS选用的是AC800F和Profibus现场总线，并带有2个操作员站OS、1个工程师工作站ES，具有电源、操作站、控制器冗余功能。通过标准TCP/IP协议以太网，实现整个流程中空气压缩、空气预冷、空气纯化、增压压缩、膨胀透平、氧氮精馏、氩精馏、氮气压缩等子系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。硬件配置示意图如下图1：

图1 硬件配置示意图3.控制系统电源系统

3.1 上位机的供电策略

　　上位机的工程师站内装有控制系统的程序，同时需要完成系统程序的编制、修改，所以非常重要，需要保证供电的正常，操作员站是操作人员监测整个工况的眼睛，同时根据要求需要同操作员站来调整工艺参数，所以它的供电非常重要，一般不能断电，否则可能导致设备的非正常停车的重大故障。报警打印机会及时打印报警信息，但一旦掉电将无法完成相应功能，报表打印机只有在带电的情况下才能完成时报表、日报表、周报表、月报表、季度报表、年报表的功能。总之上位机部分是整个设备控制系统的核心和中枢，其电源系统好坏是整个系统稳定的一个关键环节。
　　莱钢12000m3/h空分装置控制系统正是充分考虑了上述因素，在设计时采取了两路供电措施，一路是正常时的220V工业专用电源供电，另一路采用了山特公司的UPS电源供电。对于工业电源这一路又通过净化电源装置后引入上位机的插座系统，这样净化电源系统滤掉了电源波动引起的尖波，防止了由于外部电源波动可能对系统导致的重大影响。对于大容量UPS电源，一旦断电，可以给系统保证50分钟的供电，这样一旦外部断电，可以留下时间让电工来排除供电故障，即使不能修复外部供电故障，操作人员也可以有足够的时间来调整工况，通过安全措施停车，避免被动突然停车造成的设备损失。其供电框图如图2：

图2：上位机供电框图

3.2 电源模块的冗余

　　由于电源模块的冗余设计，一旦有一个电源模块出现问题，不会影响系统或通道的正常工作，使系统运行稳定可靠。
　　为了支持过程处理单元内有关模块及现场I/O通道的运行,AC800系统配置了模块化的独立的电源模块,其大小与单个标准插件式模块相同。这些电源模块平均承担一个机柜内各种电压等级所需的电源负荷。这种模块化的电源系统可根据用电负荷计算电源模块数量,并做到N+1、N+2、N+X至1:1冗余，同时为电源系统提供输出电压的监视。采用这样的电源模块化技术,能保证更准确的选择满足机柜负荷要求的电源模块数目,而且使冗余的实施更经济有效。此系统的一个重要特点,就是电源模块能毫不费力的在线带电更换,而不会导致供电电路冲击和不规则波峰,大大增强了维护的容易程度。
　　这是一种N+1冗余方式。N个电源模块已满足机柜内供电的要求,多加一个电源模块就实现了N+1冗余，任何一个电源模块故障,都会在人机接口上报警，因为电源可带电插拔,所以冗余的恢复非常容易完成。

3.3 延时继电器实现控制器自身电源的监测

　　采用延时继电器实现控制器对自身电源的监测，并联锁分子筛切换程序的启/停保持。所采用延时继电器工作特性如图3所示：

图3　 延时继电器工作特性

　　图3中，t为继电器的延时时间。只要延时时间足够长，当电源开始正常时，控制器在小于t的时间内启动完毕，此时控制器检测延时继电器的触点为断开状态，在软件中用该信号置位一个保持继电器C，使分子筛程序停止运行。只有操作工在画面上操作一个复位按钮AN且延时继电器触点闭合时，该继电器被复位，程序重新运行。梯形图如图4所示。

图4　分子筛程序运行/停止梯形图
　　另外增加了分子筛运行状态控制电加热器能否投运的程序，这样当系统突然失电时，控制器也失电，此时控制器检测不到失电信号；但是当电源恢复正常后，控制器恢复正常在t时间内启动完毕，能检测到失电信号，当操作工手动操作监控画面上的“来电确认”按钮进行复位后，程序才能在停止的地方继续运行。
　 在实际工作中，我们经过多次试验，设定继电器的延时时间为90秒时，就可保证程序的安全停止。

3.4强、弱电隔离保护措施

　　如果电磁阀DCS系统之间没有采取隔离措施，属于直接控制，易出现问题。用弱电间接去控制强电，利用继电器常开触点的吸合来实现DCS线路与电磁阀线路的物理隔离。电磁阀工作电压不再由DCS提供，单独由电气引入220V电源；继电器的工作电压是由输出模板输出24V信号电源控制。现电磁阀控制线路如图5：

图5：电磁阀控制框图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 控制线路当继电器常开触点闭合时电磁阀220V电源接通构成回路，使DCS模板与电磁阀实现了物理隔离和双重保护，不会再因现场电磁阀线圈、线路接地或短路而烧坏模板保险丝。

4.结论

　　该套控制系统由于在电源系统的设计中采取了上述先进措施，运行稳定可靠，很少出现由于电源问题造成停车事故和损害设备的故障，创造了很大的经济效益。

参考文献：

1. 王平,刘复玉.PLC自动控制系统可靠性研究.电气传动,NO.1,2001
2. 郑学峰,姚林.轧钢计算机控制系统集成技术.冶金自动化,NO.3,2001

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