內容提要：本文以某壓氣站的離心式壓縮機為例，介紹西門子PLC在壓縮機控制系統中的應用。對系統從軟件、硬件及控制原理上進行詳細的說明。結合實際操作注意事項，希望對輸氣行業，特別是從事壓縮機運行行業的業內人士有一定的幫助。
主題詞：離心式壓縮機 PLC 上位機 SCADA ESD
伴隨著我國經濟的飛速發展，各種產業對能源需求的急劇增長，天然氣作為一種新型、環保、廉價的能源越來越為眾多用戶所青睞。逐漸出現了一種供不應求的緊張局面。天然氣的高效輸送因此也成為了各大生產運行單位科研部門主要研究的方向及目標。
目前我國天然氣輸送行業主要以管道輸送為主，同時存在氣瓶輸送、固態輸送等多種形式。在長輸天然氣管道中，為增加輸氣效率，一般都建有中間壓氣站，即利用壓縮機將其他形式的能量，如電能、機械能等，轉化為壓力能，從而達到增加單位時間輸送量和輸送速度的目的。
而離心式壓縮機因為其效率高、維護量低、故障率低等諸多特點，漸漸在各類壓縮機中脫穎而出，成為新建壓氣站的首選機型。離心式壓縮機用于壓縮氣體的主要工作部件是高速旋轉的葉輪和通流面積逐漸增加的擴壓器。簡而言之，離心式壓縮機的工作原理是通過葉輪對氣體作功，在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體壓力能。
1．工藝簡介
本文系統主要由4臺壓縮機組組成，由SIEMENS公司的變頻調速電機驅動的MAN TURBO公司的RV050/04型離心式天然氣壓縮機組。機組進氣氣源設計有中、低壓兩種氣源。
2.控制系統配置及說明
2．1 系統硬件結構；
系統以西門子S7－400 系列PLC為核心控制部件，通過光纖以太網實現與現場下位機的通訊，上位機采用西門子WINCC工控軟件，通過人機界面HMI監控運行參數、下發啟停機、工藝調整等命令。如圖1：
下位機，即單臺機組控制單元，同樣以西門子S7－400 PLC為核心控制元件，通過PROFIBUS專用網路與之相連的分布式I/O機架ET200M現場數據采集模塊，完成數據采集，下發啟停機、工藝調整等控制命令。通過硬接線的方式完成變頻器的監控。同時還設置有如下相對獨立的檢測控制系統：
2．1.1 Bently震動檢測系統，通過modbus協議與之實現通訊。
2．1.2 HIMA ESD系統，通過PROFIBUS專用網絡與之實現通訊。系統采用了安全等級最高的故障安全型控制系統Planar 4，第四代固態邏輯硬接線系統。通過TüV的嚴格認證，系統達到目前國際上最高安全等級SIL4/ AK7。它被廣泛地用于高風險生產過程的安全保護，如高壓聚乙烯、加氫裂化、海上采油平臺的HIPPS等。具有自診斷和集中通訊功能，數據采集時間小于4ms。
2．1.3 MCC 馬達控制中心，通過PROFIBUS專用網絡與之實現通訊，完成機組冷卻風扇，潤滑油泵等的控制。
2．2 系統軟件實現；
本系統PLC軟件采用STEP 7軟件，程序語言使用連續功能圖CFC,使程序條理清晰，易于理解。上位機HMI采用工控軟件WINCC。震動檢測系統和HMIA ESD 系統分別有各自專用的組態軟件。
2．2.1 PLC下位機軟件
STEP 7是西門子公司PLC產品專用編程組態軟件，具有FDB、CFC、SFC、梯形圖等多種編程方式。根據工藝要求及壓縮機組控制特點，本工程采用CFC順序功能圖進行編程控制。程序主要分為一下幾部分：
2．2.1.1 壓縮機組單機控制程序：①數據采集；②閥門控制；③啟、停機順序控制；④油系統控制；⑤防喘控制；⑥第三方通訊；如圖2：數據采集邏輯程序
2．2.1.2 壓縮機組聯合控制：①進、出口壓力控制；②流量控制；③第三方通訊；如圖3：流量采集程序
2．2.2 上位機軟件
本系統上位機由互為冗余的兩臺服務器和一臺客戶端組成。硬件為主流配置的工控計算機，軟件采用西門子公司的WINCC工控軟件，WINCC是西門子公司與微軟公司聯合開發的產物，在Windows 98或NT4．0以及基于NT 核心的 Windows2000/ xp/2003 操作系統下運行。
WinCC是在生產過程自動化中解決可視化和控制任務的工業技術系統。它提供了適用于工業的圖形顯示、信息歸檔以及報表的功能模板。高性能的過程藕合、快速的畫面更新、以及可靠的數據傳送使其具有高度的實用性。
HMI人機界面主要由以下幾部分組成：
2．2.2.1 總攬圖：三臺機組的總攬圖，包括機組運行狀態，當前工藝流程狀態及重要的運行參數。
2．2.2.2 單機總攬圖：單擊的總攬圖，包括機組的各監測點實時運行數值，當前工作狀態等。
2．2.2.3 防喘控制：運行機組的防喘控制界面，操作人員可通過此界面查看當前機組的運行工況是否穩定，并及時進行調整。界面中給出了防喘控制線、安全線和安全線，三條臨界曲線，便于操作者直觀了解當前運行工況。如圖4：防喘控制
2．2.2.4 報警查看：查看機組實時報警和歷史報警，便于機組故障分析。
2．2.2.5 聯合控制：對3臺機組進行聯合運行控制，包括進出口壓力控制和流量控制。
2．2.2.6 邏輯圖：機組啟停機邏輯順序圖，便于對機組啟動、停機控制的分析，便于故障查找。
2．2.2.7 閥門、冷卻風扇等設備的單體控制界面。
2．2.3 Bently震動監測系統的組態。
Bently 3500震動監測系統是目前比較先進的機械監測系統，系統能夠通過多種傳感器采集數據，例如：速度傳感器、電渦流傳感器、加速度傳感器等。系統專門用于關鍵設備的監測，并且能夠為多個地點、多個人員提供現場采集的數據進行分析。系統通常由現場傳感器、監測框架、軟件、監控計算機組成。
組態軟件采用其專用的“rack configuration”軟件，組態內容包括：框架模板位置、模板參數、報警點等，不再累述。
本文所介紹的系統，已在陜京輸氣管道成功投產、應用。系統設計層次鮮明，集成性高，運行穩定。各子系統、數據檢測收集元件工作穩定，響應迅速。控制功能完善，很理想的完成了輸氣生產的各個環節控制。系統完全滿足設計要求，具有操作方便、可靠性強、數據記錄完整、監控動作及時等諸多特點，同時大大減輕了運行、維護人員的勞動工作強度，縮短了操作時間，提高了輸氣效率。
