毕业论文-螺杆冰机辅机PLC改造.doc

浙江工业大学机电控制工程系毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目： 螺杆冰机辅机PLC改造 作者： 系 （部）： 机电控制工程系 专业班级： 03机械设备及自动化（3）班 指导教师： 职称： 高级工程师 2006年 6 月 7 日螺杆冰机辅机PLC改造摘 要可编程控制器(PLC一一Programmable Logic Controller)以其高可靠性和良好的性能价格比，被广泛应用于现代工业控制设备中。监控组态软件以其实时多任务、功能多样、开放接口、使用灵活、运行可靠等特点而具备较高的实用价值。设计实现了电气控制、PLC程序控制和计算机监控三个系统。文中分别对螺杆压缩机原理、控制器选型及控制原理分别进行了阐述，着重对PLC控制系统和监控两个系统的设计实现进行了详细的介绍。该项目采用的是某公司的PLC，运用与之相配的编程软件，通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序，从而使压缩机组可以按照操作人员设定要求自动完成开机、调节控制、故障检测保护、关机等工作过程。采用是同一公司的WinCC工控组态软件对多台机组进行上位机监控组态，实现对现场数据实时记录和监控，设计了实时温度显示、历史记录查询、报警显示、实时趋势模拟及报表打印等功能画面。PLC和设置在控制室的工控机组通过PROFIBUS现场总线组成的控制系统，充分发挥了工业PC和PLC各自的优势。此外，文中对系统中的温度检测设备一一PT100传感器的线性化处理方法和连接方式也作了详尽的探讨。关键词:螺杆式压缩机，可编程序控制器目 录第一章 绪 论41.1螺杆式压缩机的优点和PLC41.1.1螺杆式压缩机相对于活塞式压缩机具有以下优点41.1.2 存在缺点41.1.3 PLC的介绍5第二章 氨厂冷冻控制系统62.1 原系统的介绍62.1.1 活塞式制冷装置构成62.2新系统的介绍72.2.1新系统的工艺流程72.2.2.螺杆冰机工艺流程的工艺指标要求：92.3螺杆制冷压缩机组102.3.1简介102.3.2产品型号、名称及用途102.3.3机组的构成112.3.4技术数据112.3.5主要结构及工作原理122.4 PLC可编程控制器152.4.1 PLC的介绍152.4.2 PLC控制系统的设计182.5 PLC在冷冻冰机工艺过程中的应用20第三章 系统的调试使其满足设计要求263.1安装与调试263.2.开车前准备263.3试车过程273.4存在问题及改进28附表129参 考 文 献32附图1.冰机梯形图.33附图2.冰机控制保护原理图.34附图3.冰机辅机控制原理图.35附图4.冰机开关柜内部及对外接线图.36谢 辞.37第一章 绪 论1.1螺杆式压缩机的优点和PLC 巨化股份公司合成氨厂自一九七八年采用继电器控制的,日本日立株式会社一九七三年生产的BTD-ICC型活塞式冰机，设备制冷量95万大卡/小时，功耗630KW。该厂主要生产碳铵、尿素、甲醇、液氨等产品，以合成氨为主要原料，通过各种物理、化学反应得到，在各产品工艺流程中，要求提供大量的制冷量，合成氨厂利用气氨、液氨进行能量转换过程通过冷冻冰机供应大量的冷量。老系统控制回路接线复杂繁琐，损坏率高，且冰机机械传动部件多，操作麻烦，故障频繁，且因采用的是国外设备，其所用备品配件供应困难、维修不便。因此合成氨厂决定以制冷量100万大卡/小时，功耗450KW的螺杆冰机更新原活塞式冰机。从设备考虑，采用螺杆式制冷压缩机，工艺上大大改善。其突出的主要特点是打量大，运行效率高，运动部件较少，相对结构简单。1.1.1螺杆式压缩机相对于活塞式压缩机具有以下优点（1）活塞式制冷与螺杆式制冷从设备构成上大致相同,在螺杆式制冷多一个油循环系统,通过油冷却器的降温,加大了油的利用率,使生产成本降低；（2）在相同的蒸发温度和冷凝温度下,采用螺杆制冷要比活塞制冷获得较大的冷量且获得较大的轴功率；（3）机器结构紧凑，体积小，重量轻；（4）机器易损件少，运行安全可靠，操作维护简单；（5）气体没有脉动，运转平稳，机组对基础要求不高不需专门基础；（6）运行中向转子腔喷油，因此排气温度低，氨制冷剂一般不超过90；（7）对湿行程不敏感，湿蒸汽或少量液体进入机内，没有液击危险；（8）可在较高压比下运行，单级压缩时，氨蒸发温度可达-40；（9）可借助滑阀改变压缩有效行程，可进行10100%的无级冷量调节；1.1.2 存在缺点需要复杂的油处理设备，要求分离效果很好的油分离器及油冷却器等设备；噪声较大，一般都在85dB（A）以上，常需要一些专门隔声措施。1.1.3 PLC的介绍为保证压缩螺杆压缩机能够长期安全可靠地运行,必须有一套设计合理、运行可靠的自动监测和安全联锁系统。本文介绍的是采用PLC可编程控制器和常规检测仪表构成的螺杆压缩机控制系统。从电气仪表角度出发，采用了集控的接口，可灵活利用PLC控制、现场总线控制系统（FCS）或集散系统（DCS）实现工艺参数的显示和控制。就本次改造规模、投资价格、工艺控制点而言，我们采用可编程控制器来实现电气指标显示和跳闸、报警。 PLC不同于继电器控制要接许多真正的硬件继电器，它是一些“软继电器”组成，避免了因元件磨损维修，及一系列繁杂的接线工作。其主要特点： 可靠性高，抗干扰能力强； 控制程序可变，具有很好的柔性； 编程简单，使用方便； 功能完善； 扩充方便，组合灵活； 减少了控制系统设计及施工的工作量； 体积小、重量轻、是“机电一体化”特有的产品；PLC技术代表了当前电气程序控制的世界先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已成为机械工业自动化的三大支柱。第二章 氨厂冷冻控制系统2.1 原系统的介绍2.1.1 活塞式制冷装置构成活塞式制冷装置是一个封闭系统,它主要由压缩机、冷凝器、节流阀、发器及分离器、氨液分离器及氨贮罐等设备构成,相互间均由管子连接成一个封闭系统,制冷剂在系统内循环(见图2-1)图2-1原系统内循环原系统采用活塞式冰机，继电器接线控制回路，其工艺流程过程大致如下示的简易流程框图2-2随着冷冻量需求的不断增大，合成氨厂冷冻量缺口越来越大，尤其到了夏天高温季节，冷冻岗位原有五台冰机不堪重负。加上原岗位活塞式冰机长期使用后，噪声、振动很大，故障频繁，无法长期运行，且其所用备品配件供应困难。考虑到合成氨厂节能改造总体规划和冷冻量需求，结合冷冻岗位增产节能、更新改造要求，针对原有的老工艺活塞式压缩机损耗高、打量小，运行效率低，电气设备过于繁琐等问题进行本次大规模的技改工作。图2- 2工艺流程过程2.2新系统的介绍2.2.1新系统的工艺流程采用大连冷冻冰机股份公司的KA25系列的螺杆冰机，其装置为： WYJZ3SA25螺杆式制冷压缩机组(包括螺杆压缩机、螺杆油泵、油冷却器、油分离器等)，YKS480-2、V=6KV、P=450KW 水冷式交流电机，XYZ-6G、P=0.4Mpa、V=6L/min稀油站，F=500 m波纹管氨冷凝器，V=5 m氨罐，仪控柜，电控柜及管路、平台等组成。1、组成整个流程设备主要有气氨总管、气液分离器、吸气过滤器、压缩机、油精过滤器、油泵、油粗过滤器、油冷却器、油分离器和氨冷凝器、氨收集器。2、工艺流程该压缩机的流程分为两部分,分别是气流程和油流程。气流程是先将工质气体经过处理,然后送入压缩机增压至一定压力,再进行分离和过滤达到要求的工况送出。工艺流程示意图如图1所示。可以看到低压瓦斯气通过进气闸阀首先进入第一道过滤器,除去大部分的杂质后通过气体加热器,把气体加热到一定温度,再进行一次过滤后气体进入螺杆压缩机,在这里气体被增压到工艺要求的压力后进入油气分离粗滤一遍进入油泵加压,加压后的润滑油再被精滤一次,然后喷入压缩机内,使螺杆压缩机的轴承和阴阳转子得到有效的润滑和冷却。冷冻冰机的工作过程是依据物理转换：（压力*体积）/温度=常数（即P1V1/ T2）使气氨转为液氨的物理工艺过程。所以气氨的压力、温度是工艺控制的重要参数。油程序如下图2-3图2-3油程序图生产中将压力低于2kg/m3的气氨通过系统的气氨总管进入进口处的氨分离器，分离出液氨雾滴，滤去液氨雾滴的气氨流过系统管进入压缩机组的吸气过滤器，通过过滤器中的过滤网滤去气氨夹带的小杂物，其中吸气过滤器设有温度计指示吸气温度，并由一截止阀连接吸气压力表来指示吸气压力。干净的气氨进入螺杆压缩机进行压缩升压（即气压由0.3Mpa上升至1.57MPa），压缩后的气体至排气口排出。在压缩机运转中，油泵向压缩机内喷入大约占体积流量0.51%的润滑油，这部分润滑油起着冷却、密封、润滑的作用，此时要求油喷入的压力必须大于压缩机内气氨的压力，保证润滑油顺利喷入，这里的油气压差检测点为重要参数。这些润滑油随排气排入油分离器，进行油分离，油分离器中装有一安全阀，作用是当分离器内的压力过大，则通过安全阀进行放空。此后系统分为气路过程和油路过程。气程序如图2-4图2-4气程序图 从气路过程来看：经过油分离的氨气以温度为6070、1.351.40Mpa 的压力进入冷凝器冷凝成液氨，液氨进入液氨收集器。从油路过程来看：在油分离器中分离出的油经过油冷却器，冷却后的油经过逆止阀（只能单方向流通）进入到油粗过滤器，滤去铁屑等大颗粒杂质后到喷油油泵进口，由油泵升压后，再经油精过滤器进一步过滤后回流到喷油总管进入压缩机。油泵并接了附线阀来调节油泵压力，油精过滤器接有压力表（正常时压力值应较小0.07MPa，压力值较大时说明过滤器中滤网被堵，需清理），其基本工艺流程框图如下图2-5：图2-5基本工艺流程框图要注意的是，在螺杆压缩机组的油分离器外装设了两个截止阀A、B，平时两个阀都关闭，只在两种情况下打开：1.开车时，打开A阀，B阀关闭，为了系统管与分离器间的气压保持一致；2.停车时，打开B阀，A阀关闭，为了压缩机内与分离器间的压力差保持一致。2.2.2.螺杆冰机工艺流程的工艺指标要求：1)进口压力：0.30Mpa；2)出口压力：1.57Mpa（联锁：1.7Mpa报警，1.8Mpa主机跳车）；3)吸气温度：-1020；4)排气温度：100（100报警）；5)喷油压力与排气压差：主机起动前：0.4Mpa 正常运行：0.160.3Mpa（正常运行联锁：0.16Mpa报警，0.14Mpa主机跳车）；6)喷油温度：2560（联锁：60报警，65主机跳车）；7)油精过滤器压差：0.07Mpa （联锁：0.07Mpa报警，0.09 Mpa主机跳车）；8)稀油站供油压力：0.06Mpa（联锁：0.05Mpa报警，0.04 Mpa主机跳车）；9)稀油站油箱油位：2/3液位计；10)稀油站油温：50；11)轴承温度：65联锁：65Mpa报警，70 Mpa主机跳车；12)主机电流：53.6A；13)马达轴瓦温度：65；214)电机定子温度：100；15)油分离器油位：1/23/4液位计；16)冷凝器压力：1.57Mpa；17)收集器压力1.57Mpa；18)进口气氨分离器液位10%液位计；2.3螺杆制冷压缩机组2.3.1简介螺杆式制冷压缩机是高速回转机械，属容积型压缩机，它兼有活塞式和离心式压缩机的特点，所以在国内外近年来得到很大的发展。螺杆制冷压缩机没有活塞式制冷压缩机必须有的气阀、活塞、活塞环、气缸套、活塞销等易损坏部件。没有离心式制冷压缩机那样复杂的自动保护系统和对工况变化的敏感性，因此螺杆制冷压缩机无故障运转时间长，运转平稳可靠，使用维修方便，维修费用低廉。螺杆制冷压缩机的体积小，重量轻，运动惯性小，易于启动。螺杆式压缩机最早由德国人HKrigar在1878年提出，直到1934年瑞典皇家理工学院ALysholm教授才奠定了螺杆式压缩机SRM技术，并开始在工业上应用，取得了迅速的发展。20世纪50年代，就有喷油螺杆式压缩机应用在制冷装置上，由于其结构简单，易损件少，工作时压力比大，排气温度低，对液击有敏感和良好的输气量调节特性，很快占据了大容量往复式压缩机的使用范围，而且不断地向中等容量范围延伸;与此同时，形成开启式机器和半封闭式机器系列，近几年又出现了全封闭式机器，广泛地应用在各种制冷设备。2.3.2产品型号、名称及用途普遍采用内容积比调节机构。图1所示是德国寇尔托马塔( Kiihcutomat)公司杆式压缩内容积比调节时，设有径向排气孔口的滑阀向左边移动，则排气孔口缩小，此时，滑阀3也必须向左移动，紧靠滑阀1，造成内压缩比增大;反之，则减小。图2-6是瑞典Stal-mini-S20型螺杆式压缩机 图2-6瑞典Stal-mini-S20型螺杆式压缩机KA25系列螺杆制冷压缩机由电动机、油路系统、气路系统、控制系统、底架和各设备、系统间连接的管路等组成。在本次设计我们选用的是JZ3KA25冰机。2.3.3机组的构成油路系统由油分离器、油冷却器、油过滤器、油泵与油泵电动机、油分配总管组成。JZ3KA25机组的油分离器与整体装成一体。气路系统由吸气过滤器、吸气止回阀、压缩机、排气截止阀、油分离器、排气止回阀等组成。控制系统主要包括仪表箱和启动柜。JZ3KA25为非防爆型。2.3.4技术数据型式：开启式单级喷油螺杆制冷压缩机；转子公称直径：250；理论排量：2395m3/h；转速：2960r/min；转子长度：421；轴功率标准工况 368KW； 空调工况 485KW；制冷量标准工况（-15/+30）1259KW； 空调工况（+5/+40）2647KW；压缩机吸气管口径 DN200； 排气管口径 DN150； 压缩机转向顺时针（自联轴看压缩机）；油冷却器进水温度32； 油冷却器进出水管直径 DN80； 油泵排量20 m3/h； 油泵配用电动机功率5.5KW，电源380V；主电机如表2-1表2-1主电机铭牌 JZ3KA25型号Y4002功率450 Kw外形尺寸595021502970（长*宽*高）机组重量 kg 11500电源 6kV 首次加油量 800kg同步转速 3000r/min 制冷剂 R717润滑油 N46冷冻机油 机组噪声98Db（A）2.3.5主要结构及工作原理1螺杆制冷压缩机由螺杆制冷压缩机组、冷凝器、节流阀、蒸发器4个基本部分组成,并通过管路连接在一起构成一个封闭的制冷系统,其中螺杆式制冷装置由螺杆制冷压缩机油路系统(油分离器、油冷却器、油泵、油粗过滤器、油精过滤器、油压调节阀及油路构成)气路系统(吸气过滤器、吸气截止阀、吸气止回阀、排气止回阀、排气截止阀)和机旁操作台这些设备装在同一机架上面构成机组。(见图2-7) 图2-7工作原理图由吸气、压缩、排气3个过程组成,螺杆压缩机内装有一对转子,主转子为4个齿,从动转子为6个齿,两个转子装入到机体内,由主动转子带动从动转子相互啮合而转动,机体上开设的吸气口和排气口位置,成对角线方向,当转子转动时,一对相互啮合的槽相通,转子进入吸气状态,吸气完成,齿槽进入封闭状态当转子继续转动时,一对相互啮合的齿槽容积逐渐减小,使压力升高形成了压缩过程,当压缩机的齿槽与排气口相通时,压缩机开始进入排气状态直到排气完成为止,这样往复循环,螺杆制冷压缩机完成了吸气、压缩、排气工作过程。2.油分离器采用压差供油的压缩机压差供油的螺杆压缩机作为低压级使用时,由于压缩机的高低压压差较小,其启动油泵不会停止运行,向压缩机供油的油量较小,故其排气温度较高。油分离器设有板式液面计，安全阀和排气止回阀，板式液面计用以指示实际油面，压缩机正常运转时，油位应处于板式液位计的2/3以上。安全阀对压缩机和油分离器起安全保护作用，当油分离器内压力高于1.81Mpa时自动开启，以泄出过高的压力。排气止回阀是一种蝶形阀，止回阀使高压排气可以顺利进入冷凝器，而当压缩机停机期间，冷凝器内高压气体不会立即进入油分离器。3.油冷却器 油冷却器是壳管式换热器，管程数为2。管程走下进上出，壳程走油。从油分离器中分离出来的热油，经冷却水冷却后进入油过滤器。4.油粗过滤器油粗过滤器由壳体，过滤网及进出油管构成，油从过滤网外面进入网内，经过滤后从网内流出。过滤器壳体的上部设有DN20的截止阀，给机组初次加油时，可利用此阀。壳体下部设有螺塞，供清洗放油及放脏用。5.油泵(a)仅采用一台油泵,强制供油；(b)较普通双级压缩系统减少了一套油冷却器、油泵等设备,故障点减少,可靠性提高； (c)由于油冷却负荷较高,一般采用热虹吸油油泵主要参数 油量20m3/h； 转速960r/min； 电动机功率5.5KW； 进出口直径DN80；6吸气过滤器由系统进入压缩机的制冷剂气体，先经过吸气过滤器由壳体、过滤网组成、吸气过滤器上设有带金属保护套温度计，用来指示吸气温度，同时设有DN20、DN4的直角式截止阀各一个，前者可用来在运转中加油，后者连接吸气压力表，指示吸气压力。7.KA25系列压缩机组的性能曲线（表2-2）表2-2性能曲线表 2.4 PLC可编程控制器2.4.1 PLC的介绍1.PLC简介（一）PLC的定义：PLC是一数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。2.应用强调的是可编控制器直接用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛适应能力和应用范围。其应用范围通常可分为五种类型：1）顺序控制：这是PLC最广泛应用的领域，它取代传统的继电器顺序控制，用于单机控制、多机控制、生产自动线控制。2）运动控制：提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。3）过程控制：能控制大量的物理参数如温度、压力、速度和流量。4）数据处理：将PLC和计算机数值控制设备紧密结合。5）通信3. PLC的分类追溯PLC的发展历史可以看到，世界上200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品大体可以按地域分成三个流派:一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，还有一个流派是日本产品。同一地域的产品相互借鉴比较多，相互影响比较大，技术渗透得比较深，面临的主要市场相同，用户要求接近，这一切就使得同一地域的PLC产品表现出比较多的相似性。按I/0点数，PLC可分为微、小、中、大、巨型多种PLC:表2-3 PLC点数种类4.PLC的发展PLC在国际市场上已成为倍受欢迎的畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。当前PLC已广泛用于机械、汽车、电力、冶金、石油、化工、交通、运输、轻工、纺织、建材、采矿等领域，取得明显的技术经济效益。它的技术发展：1）产品规模向大、小两个方向发展2）PLC向过程控制渗透与发展3）PLC加强了通信功能4）新器件和模块不断推出5）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言标准化6）发展容错技术7）追求软硬件的标准化5. PLC的基本结构 从结构上分，PLC分为整体式、模块式(组合式)和混合式三种。 （1）整体式结构 早期的PLC一般采用整体式结构。采用整体式结构的PLC将CPU模块、输入/输出模块、电源模块和通信接口模块等基本模块紧凑地封装在一个机壳内，构成一个整体。微型、小型PLC一般采用整体式结构。整体式结构适用于控制比较集中的工业现场。（2）模块式结构 在模块式PLC结构中，按PLC的各个组成部分将PLC划分为不同的模块，并将这些模块独立地进行物理封装。划分的模块一般包括CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块。各个模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，安装时将这些模块插在框架上或基板上即可，它们由系统自动进行寻址连接，插入什么模块可根据需要进行配置。大、中型PLC多采用模块式结构形式。模块式结构能够适应各种工业现场的分布式控制。（3）Ire合式结构 混合式PLC由PLC主机和扩展模块组成。其中，PLC主机由CPU、存储器、通信电路、基本输入/输出电路、电源等基本模块组成，相当于一个整体式PLC,可以单独完成控制功能。PLC主机几乎是任何一个控制系统所需要的最小组成单元，封装在一起是合理的，而扩展模块可以是输入/输出模块、模拟量模块、位置控制模块、PID模块、联网控制模块等智能模块。模块之间的连接:它们之间通过总线进行连接，由主模块统一管理。混合式PLC集中了整体式和模块式的优点，扩充性能良好，模块丰富，扩大了PLC的应用范围，改善了控制性能，所以混合式PLC得到了迅猛的发展。它能够适用于各种复杂、恶劣的分布或集中环境。6.PLC与继电器控制的主要区别是： 组成部件不同继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而梯形图由许多“软继电器”组成,避免了硬继电器易磨损的现象。 接点数量不同硬继电器的触点数量有限，而“软继电器”的触点数有无限对。 实施控制的方法不同继电器控制线路中实现某种控制需通过各继电器之间硬接线解决，其功能包含在固定线路中，不灵活；PLC控制通过梯形图解决，则灵活多变。 工作方式不同继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受制状态，即功能相同的继电器同时动作，而梯形图的控制线路中，各软继电器处于周期性扫描接通中，各继电器的动作次序决定于程序顺序。相比之下，PLC具有体积小、功耗低；无触点、速度快、寿命长；有无数个常开，常闭接点供程序使用，不必考虑接点的容量4.PLC的机型选择。2.4.2 PLC控制系统的设计使用PLC可以构成多种形式的控制系统，下面介绍几种常用的PLC控制系统。 1.单机控制系统 单机控制系统是较普通的一种PLC控制系统。该控制系统使用一台PLC控制一个对象，控制系统要求的I/0点数和存储器容量比较小，没有PLC的通信问题，采样条件和执行机构比较集中，控制系统的构成简单明了。在单机控制系统中由于控制对象比较确定，因此系统要完成的功能一般较明确，I/0点数、存储器容量等参数的裕量适中即可。 2.集中控制系统 集中控制系统用一台功能强大的PLC监视、控制多个设备，形成中央集中式的计算机控制系统。其中，各个设各之间的联络、连锁关系、运行顺序等统一由中央PIC来完成，如图2-8所示。图2-8控制系统图显然，集中控制系统比单机控制系统经济得多。但是当某一个控制对象的控制程序需要改变时，必须停止运行中央PLC，其他的控制对象也必须停止运行。当各控制对象的地理位置距集中控制系统比较远时，需要大量的电缆线，造成系统成本的增加。为了适应控制系统的改变，采用集中控制系统时，必须注意选择工/0点数和存储器容量时要留有足够的裕量，以便满足增加控制对象的要求。 3.分散控制系统分散控制系统的构成如图2-9所示，每一个控制对象设置一台PLC，各台PLC之间可通过信号传递进行内部连锁、响应或发令等，或者由上位机通过数据通信总线进行通信。图2-9分散控制系统图分散控制系统常用于多台机械生产线的控制，各生产线之间有数据连接。由于各控制对象都由自己的PLC进行控制，当某一台PLC停止运行时，不需要停运其他的PLC 。 随着PLC性能的不断提高，由PLC担当底层控制任务，通过网络连接，PLC与过程控制相结合的分散控制系统将是计算机控制的重要发展方向。 与集中控制系统相比，分散控制系统的可靠性大为加强。具有相同I/0点数时，虽然分散控制系统中多用了一台或儿台PLC，导致价格偏高，但从维护、试运转或增设控制对象等方面看，其灵活性要大得多，总的成木核算是合理的。1.具体步骤 根据工艺过程的特点和控制要求,首先确定各个输入、输出点的先后次序和逻辑关系,然后运用逻辑运算的各种基本规律,写出PLC各输入、输出点的逻辑关系,再由逻辑关系化为梯行图。程序设计时,除使用PLC内部输入继电器和输出继电器外,还要充分利用其内部定时器(T)、计时器(C)、辅助继电器(M)等各种功能模块。根据梯形图写出对应的逻辑关系语句,每条语句包括地址码、指令(助记符)和定义号,再利用编程器逐条写入PLC,也可利用专用编程软件在计算机上编好梯形图,直接将程序传至PLC。本控制系统的程序充分利用了PLC的内部继电器和定时器,实现延时、软件滤波和联锁的功能。程序调试时,首先将程序输入编程器,经过程序检验改正编程语法和数据错误,再逐条搜索与设计程序核对无误后传入CPU模块的RAM存储器中,然后可利用PLC的输入、输出点都带LED指示灯的特点,在输入模块上按控制要求的逻辑关系逐一输入模拟信号,观察PLC的输出指示是否按控制要求变载调试。只有以上调试全部通过后,PLC才可真正投入运行,并同时作好程序的备份工作。2.内存估计 内存利用率：把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。 开关量输入输出的点数：它是计算所需内存储容量的重要根据。一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：4，其经验公式为：所需内存字数=开关量（输入和输出）总点数10 模拟量输入和输出总点数，其一般情况下的经验公式：只有模拟量输入时：内存字数=模拟量点数100模拟量输入输出同时存在时：内存字数=模拟量点数200这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。 程序编写质量综上所述，推荐下面的经验计算公式：总存储器字数=（开关量输入点数+开关量输出点数）10+模拟量点数150。然后按计算存储字数的25%考虑裕量。2.5 PLC在冷冻冰机工艺过程中的应用 1.螺杆冰机工艺流程的工艺指标要求：1)进口压力：0.30Mpa；2)出口压力：1.57Mpa（联锁：1.7Mpa报警，1.8Mpa主机跳车）；3)吸气温度：-1020；4)排气温度：100（100报警）；5)喷油压力与排气压差：主机起动前：0.4Mpa 正常运行：0.160.3Mpa（正常运行联锁：0.16Mpa报警，0.14Mpa主机跳车）；6)喷油温度：2560（联锁：60报警，65主机跳车）；7)油精过滤器压差：0.07Mpa （联锁：0.07Mpa报警，0.09 Mpa主机跳车）；8)稀油站供油压力：0.06Mpa（联锁：0.05Mpa报警，0.04 Mpa主机跳车）；9)稀油站油箱油位：2/3液位计；10)稀油站油温：50；11)轴承温度：65联锁：65Mpa报警，70 Mpa主机跳车）；12)主机电流：53.6A；13)马达轴瓦温度：65；14)电机定子温度：100；15)油分离器油位：1/23/4液位计；16)冷凝器压力：1.57Mpa；17)收集器压力1.57Mpa；18)进口气氨分离器液位10%液位计；根据上述工艺指标要求，结合PLC编程简单，可在现场修改，维护方便，可靠性高于继电器控制柜，体积小于继电器控制柜，在成本上可与继电器控制柜竞争等特点，采用以PLC为控制手段的电气系统，具体控制过程详见图冰机辅机原理图、冰机控制保护原理图。2.PLC控制方案根据工艺提出的条件及控制要求，具体设计思路如下：可采用模糊控制，模糊控制属于计算机数字控制的一种形式。因此，模糊控制系统的组成成类同于一般的数字控制系统，其系统结构如图2-10所示，基本结构图为2-11图2-10系统结构图图2-11基本结构图模糊控制系统一般可分为四个组成部分: 1)模糊控制器:实际上是一台微型计算机，根据控制系统的需要，既可选用系统机，又可单片机或单扳机。 2)输入/输出接口装置:模糊控制器通过输入/输出接口从被控对象获得数字信号量，并将模糊控制器决策的输出数字量信号经转换，送给执行机构去控制被控对象。在Il0接口装置中，还包括电平转换电路。 3)广义对象:包括被控对象及执行机构，被控对象可以是线性或非线性，定常或时变的，也可以是单变量或多变量的，有时滞或无时滞的以及有强干扰的多种情况。 4)传感变送器:传感变送器是将被控对象或各种过程的被控制量检测并转换为标准电信号(模拟或数字的)的一类装置。被控制量往往是非电量，如温度、压力、流量、浓度、湿度等。传感变送器的精度往往直接影响整个控制系统的精度，因此，在选择传感变送器时，应注意选择精度高且稳定性好的传感变送器。 模糊控制器一般采用数字计算机实现，所以它具有下列三个功能: （1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量; （2）对模糊量进行一定的模糊推理; （3）把推理的结果从模糊量转化为可用的实际控制的数字量;1螺杆冰机有的高低一台循环油泵，运行时，油压通过副限阀来调节。二台稀油泵，油压低时，二台同时启动；油压正常时，一台运行，一台备用并可自动切换。油压差超低延时6S跳车。工艺上排气温度高，油温度高，北轴承温度高，南轴承温度高，排气压力高，油精滤器压差高，都引起跳车。工艺上稀油站油压低，油气压差低，直流电源，循环油泵过载，1#、2#稀油泵过载不跳车，而只发信号。要实现上述功能，中间继电器数十只，而且接线非常复杂，检修极其困难，可靠性差，采用PLC后相当简单。2 PLC控制原理：见冰机辅机控制原理图，主程序框如图2-12图2-12 PLC控制原理图要点说明如下：a） #1稀油泵运行则油泵手动/自动切换放置开1#备2#位置，2#稀油泵运行则油泵手动/自动切换放置开2#备1#位置。b） J时间继电器的设置作用在于：当控制电源故障，所有保护失去，则时间继电器延时动作以跳车，之所以延时为了躲过电压波动。c） 据输入输出点数及电源，选用三菱微型可编程控制器FX2N60MR，基本单元输入36个、输出点24个。输出接点容量80VA（AC240V），足够可带动容量小的接触。3.梯形图：主要梯形图如图见冰机PLC梯形图所示要点说明如下：a）手动回路与自动回路并联，通过转换开关切换，使手动与自动相互独立。b）报警回路采用辅助继电器（M）以便于对电铃的解除。平时M继电器不受电，按解除按钮后，才受电，解除电铃。而指示灯依然保持。d）Y3为所有电气及工艺跳车连锁的出口输出。其连接到6KV高压开关保护回路的跳车支路上。e)Y0为所有电气及工艺开车条件具备的出口输出。其连接到6KV高压开关控制回路的开车支路上。 3.PLC选型通过比较，我们选用三菱微型可编程控制器的FXON系列。FXON系列是将众多功能凝聚在超小型机壳内的微型可编程控制器。与F1/F2系列相比，安装面积只有F1/F2系列的41%，体积只有37%，并在控制器内备有模拟电位器与RUN/STOP开关等方便功能。通过扩展单元、扩展模块与基本的连接，可自由地选择使用输入输出点数。FXON系列继承了原有系列的固定搭配和灵活性。1） 技术规格：表2-4技术规格 机种项目FX0N -60MR电源电压交流100240V+10%-15%50/60HZ电源保险丝3A消费电力60VA浪涌电流最大30A5MS/AC100V，50A5MS/AC200V直流24V辅助电流200MA（与有否扩展模块无关）最大允许瞬间断电时间若瞬间断电时间小于10MS，运行不会中止绝缘强度用直流500交流1500V1分钟（所有端子与接地端子之间）绝缘电阻用直流500V表测试大于或等于5M（所有端子和接地端子之间抗噪声噪声电压：1000Vp-p,噪声幅值：1US，频率：30100HZ（使用噪声模拟器时测量）接地第三种接地方式（小于或等于100）如果不可能接地时也可接地工作环境温度0-55使用工作环境湿度3585%RH（不结露）抗振动按FISC0911标准，10-55HZ，0.5MM（最大2G）3个方向各2小时抗冲击按FISC0912标准10G，3个方向各3次工作环境不可有腐蚀性气体，尽量少灰尘2） 输入性能指标表2-5输入性能指标输 入 性 能 指 标输入电流X000X007 直流24V7MAX010直流24V5MA输入ON电流大于或等于4.5MA大于或等于3.5MA输入OFF电流小于1.5MA小于1.5MA响应时间约10MS 015MS内变动约10MS电路绝缘光耦隔离3） 继电器输出性能指标表2-6继电器输出性能指标继电器输出性能指标额定电流2A/1点（8A/4点）负载电压交流240V 直流小于30V最大负载80VA（感性） 100W（灯）响应时间约10MS电路隔离机械隔离4） 高级性能指标表2-7高级性能指标性能指标备注运算控制方式对所存程序作反复处理I/O控制方式批处理方式（执行END指令时）另有适于I/O刷新的指令运算处理速度基本指令1.6MS编和语言继电器符号语言+阶梯图（可用SFC表达）程序容量2000步（可使用日文注释）内置EEPROM也可选用EPROM，EEPROM存贮器卡盒辅助继电器通用M0M383共384点保持用M384M511 共128点特殊用M8000M8254共57点状态寄存器初始化用S0-S9共10点通用S10S127共118点保持用所有点均有掉电保护（S0S127）用ZRST批指令可复位定时器100MST）-T62共63点10MST32T62共63点若某一特殊辅助继电器置1时改为10MS计数器通用C0C15共16点 16位增数计数器保持用：C16C31共16点 16位增计数器高速计数器C235C254共13点单相HKZ4点，双相2KHZ1点，合计小于或等于5KHZ数据寄存器通用D0D127共1128点保持用：D128D255共128点特殊用D8000-D8255共28点文件寄存器D1000D2499最多1500点取决于存贮器容量变址用V、Z共2点指针跳转用P0-P63共64点中断用I00I30共4点上升沿时-1，下降沿时-0嵌套共8点用于主控常数十进制K16位:-32768-+32767，32位：-2147483648-+2147483647十六进制H16位：0000FFFF，32位：00000000-FFFFFFFF第三章 系统的调试使其满足设计要求3.1安装与调试1.机组和油分离器的安装JZ3KA25螺杆制冷压缩机组除启动柜之外，均安装在一个公共底架上，安装时，整体吊装到机组基础上，找正找平之后拧紧地脚螺栓。机组在吊装之前应核对基础予留孔与到货机组地脚螺栓位置是否相符合。如遇到不符合的情况应按到货机组地脚螺栓实际位置改造基础。机组的油分离器可根据现场实际情况安装在机组的附近，以便于联接排气管道、油的管道。为确保机组油冷却器有适当的油位。油分离器基础应比机组基础高，标准工况高400毫米，空调工况高100毫米。机组安装之后，应校对电动机与压缩机的同轴度。其径向偏移不应大于0.075毫米，端面倾斜不应大于0.5/1000。2. 管路连接所需的吸气、排气及油管路等按所需的长度准备好，内部的氧化皮等应彻底清理干净；准备好必要的管道支架、管道安装以前，应检查压缩机进出口，保证没有脏物。连接吸气、排气系统及油系统管路，不可强制连接，以免造成连接件的变形和机器与电动机中心的偏移。管道应进行适当的支撑，以免管道的重量加在压缩机壳体上。在系统试压和真空试验后，吸气管路包扎绝热层，吸、排气管路涂上代表压力范围的颜色，将各管路紧固在管路支架或吊架上。3.2.开车前准备 1、制冷系统开车前系统必须按有关规定进行系统排污，达到系统内部无脏物、无杂物，并经系统试漏、试压合格，充入适量的、合乎质量标准的制冷剂。2.机组 开车前拆开联轴器，检查电动机转向是否符合要求，之后联接并重新检查联轴器的同轴度，必要时进行重新校正。3.水路系统 开车前水陆系统必须安装完备，随时都可以向冷凝器，油冷却器供水。4.电气系统 开车前应按有关控制系统使用说明书检查电气系统工作，应正常。5. 油温开车前应向油路系统中加足够的合乎要求的润滑油，油温应高于25。3.3试车过程1.单机试车程序1）脱开油分离器出口伐法兰，卸下油分出口角伐，脱开口伐前法兰，并用5目的钢丝网挡住进口法兰口（螺栓固定好）；检查压缩机排气口油分之间管路上所有伐门是否处于开启状态。2）打开供水系统，使水路循环。3）启动油泵，将能量减载至40%位置。4）切断压缩机电源，手动盘车10周以上（注意手动轻易转动属正常），以确保机械密封端面润滑足够。油泵应运行半小时以上，确认无异常噪音、发热等现象。5）在确认供油油压比排气压力高0.3MPa，并开启稀油站向高位油箱注满油和确认电机轴承供油压力大于0.1MPa后，冰机主机通电，并作点动。当再次确认电机旋转方向正确后，启动主机。6）观察并检查压缩机运转是否正常。检查内容包括泄漏，不正常发热现象及是否有异常噪音，压差是否小于0.1MPa等。7）将能量调节分四次加载至100%，即每次加载15%，每次加载并定位后要连续运行30分钟，方可进行第二次加载。每次加载都应按第6条进行检查。8）将能量调节阀拨向减载位置。当指针显示为40%时停下主机。关闭吸气截止阀。9）压缩机停止运转10分钟后停下油泵。10）供水系统视使用情况确定开停状态。11）切断机组电源，交付化工生产试车。2.压缩比的调节首先由工艺提供的相关参数计算外压比（=排气压力（表）+1.03/吸气压力（表）+1.03）观察满载位置指针所指示压力比数值是否等于外压力比，若不等，则将四通阀调至减载，然后卸下六角螺塞，旋紧调节螺丝杆（顺时针放置为压力比减少，反之增加），调节完后，再次加载，再观察两者是否相等，若不等则再调。具备条件后进行试车，试车期间温度、压力、电机电流等数据均在正常范围，制冷量初步判断达到设计条件（数据见附表二）。3.4存在问题及改进一、波纹管换热器为满足生产工艺对冷量的需求，氨冷冻工号厂原有AK冰机三台、BTD-ICC冰机两台，相应配置换热面积F=180 m2的立置冷却水溢流式列管冷凝器十台。由于结构陈旧、技术老化，该冷凝器夏季每台耗水达150t/h以上。由于冷凝效率低，冷冻工号成了氨厂的耗水重点岗位之一。同时由于冷凝效果差，造成冰机排气压力提高，使冰机用电量大副上升，甚至频繁采取排气操作，也直接影响后续加工工号的操作和消耗。我们对原立置冷却水溢流式列管冷凝器强化传热改造、石英沙流态化内循环型立式列管冷凝器、板式换热器以及管壳式换热器使用不同的换热管形式等冷凝器改造、选型方案，进行分析。充分考虑了结构简单合理、使用方便可靠、运行阻力小、换热效率高以及氨厂水质、供水水压和安装场地位置等因素，选择了以波纹管为换热管的管壳式冷凝器。冷凝器卧置，管道程为冷却水，壳程为氨冷凝物质。投入生产后，测试的初步结果为：在相同的气氨总管压力下和工艺条件下，波纹管冷凝器（F=500 m2）的冷凝气氨能力为原立置冷却水溢流式列管冷凝器（F=180 m2）的五倍半，即现一台波纹管冷凝器相当于五台半原立置冷却水溢流式列管冷凝器（这里包含了原冷凝器长时间使用后结垢、管程泄漏堵管等因素）。自此，可基本停掉四台立置冷却水溢流式列管式冷凝器。由于波纹管冷凝器的用水量和一台立式列管换热器用水量一致（均为150T/h），因此节水效果非常明显（可达360万吨/年以上）。同时冰机出口系统压力稳定并有下降，冰机电耗明显降低。附表1：R717工质热力性质表 氨（NH3）的热力性质温 度（）绝对压力 MPa 比容 容 比 重 重 液 体 L/Kg 气 体 m3/Kg 液 体 Kg / L 气 体 Kg / m3+502.0871.7750.06350.562815.75481.9311076590.06700.566314.94461.8321.75560.07070.569614.15441.7361.74540.07460.572913.40421.6451.73540.07880.576212.69401.5571.72570.08330.579512.005391.5141.72090.08570.581111.675381.4721.71620.08810.582711.353371.4321.71150.09060.584311.038361.3921.70690.09320.585910.731351.3531.70230.09590.587510.431341.3411.69770.09860.589010.138331.2771.69320.10150.59069.852321.2401.68880.10450.59219.573311.2041.68440.10750.59379.300301.1691.68000.11070.59529.043291.1351.67570.11400.59688.775281.1011.67140.11740.59838.521271.0681.66720.12090.59988.271261.0361.66320.12450.60138.031251.0051.65880.12830.60287.795240.9751.65460.13220.60437.564230.9451.65070.13630.60587.339220.9151.64660.14650.60737.119210.8871.61260.14490.60806.904200.8591.63860.14940.61036.694180.8061.63080.15910.61325.289160.7551.62110.16940.51615.904140.7061.61560.18060.61905.537120.6601.00810.19270.62185.189100.6161.60080.20580.62474.85980.5751.59360.22000.62754.54660.5361.58660.23530.63034.25040.4381.57960.25200.63313.96920.4631.57270.27000.63583.70300.4301.56600.28970.63883.452-20.3991.55940.31110.64133.216-40.3691.55280.38440.64402.991-60.3421.54640.35990.64672.779-80.3161.54000.38780.64932.579-100.2911.53380.41340.