天津钢铁有限公司两套28000m 3 / h空分设备，由中国空分设备公司总承包，杭氧制造。此项目已于2005年9月投产，各项运行指标正常。
两套28000m 3 / h空分设备的自动化控制采用了横河西仪公司的CS3000系统。自动化设计及控制范围广泛，包括循环水系统、仪表空压机系统、原料空气过滤系统、空压机系统、空气预冷系统、冷冻机组、分子筛纯化系统、增压机系统、膨胀机系统、精馏塔系统、氮压机系统、贮槽及加压汽化系统、调压站系统及液体产品加压汽化充瓶系统。整个空分设备全部由DCS系统控制，完全实现了中央控制室的集中控制，尤其是在几台进口压缩机组的控制方面，达到了良好的效果。所有的高压电机（ 10000 VAC）都实现了中央控制室启动。CS3000系统能完全满足控制系统的设计要求， DCS系统运行稳定、可靠。
1 DCS系统配置及网络结构DCS系统结构如所示。
1 1 DCS系统配置工程师站（ CS3000 EWS ） 1台；操作站（ CS3000 HIS） 9台，操作员键盘（ AIP827 2） 9个；控制总线接口卡（VF701） 10个；双重化过程控制站（AFS40D H4223/ 7 D82/ CH） 2台，双重化过程控制站（ AFF50D H41201） 1台；交换机2台；各种I/ O卡件及端子板；软件包。
1 2 DCS系统网络结构CS3000系统具有三级分层网络结构，分别使用不同的网络，有效地提高了通信的效率，降低了通信负荷。网络系统可提供标准GSM时钟系统，保证网络总线上的各站时钟同步。CS3000系统构成中主要是操作站HIS、工程师站EWS和控制站FCS.
（1）操作站HIS：用于运行操作监视和历史数据记录，进行报表显示以及向上位计算机提供数据服务等。操作站采用Windows XP作为操作系统的通用PC机。
（2）工程师站EWS：用于设计组态和仿真调试。工程师站采用Windows Server 2003作为操作系统的通用PC机。
（ 3）控制站FCS：用于过程I/O信号处理，完成模拟量采集，实现连续控制、顺序控制和批量控制，完成实时控制的功能。
系统网络包括Ethernet、V NET和RIO总线。Ethernet是操作站、工程师站以及上位计算机之间信息数据的传输通道，符合IEEE 802 3标准，是系统的开放网络，通信速率为10Mb/ s.V NET用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络，通讯方式采用Token Passing即令牌总线，符合IEEE 802 4标准，通信速率10Mb/ s，通信*大距离20km.RIO总线是控制站CPU同远程I/ O节点之间进行数据传输的双重化实时通信总线，通信速率为2Mb/ s，总线的长度可以通过适配器和光纤进行延伸。
2循环水系统控制两套28000m 3 / h空分设备共用1套循环水系统。此系统由3台水泵组成，水泵由10kV高压电机驱动。正常操作方式为两用一备，即正常情况下（两套空分设备同时运行）两台水泵运行，为两套空分设备提供循环冷却水；当循环水总管压力低于0 3MPa时，由DCS系统自动启动备用水泵，以保证循环水系统稳定供水。在单套空分设备运行、循环水用量少时，也可以一用一备，即正常时一台运行，另外两台中的一台处于备用。
在听取了用户的具体要求，并明白他们的操作习惯后，组态完成了水泵房的控制程序，并通过实际测试，达到了预期的备用控制要求。
（ 1）循环水系统启动时，任何一台水泵都能在控制室手动启动（就地旋钮在自动！位置）。
（ 2）手动启动1台水泵后，压力如果正常，则不能再手动启动第二台水泵（由逻辑控制） ，以防止超压。只有在启动1台水泵后，如果压力还低，才能手动启动第二台水泵。
（ 3）备用水泵能自动启动（就地旋钮在自动位置， DCS系统中的控制方式在集中自动）。电气必须要热备，以便备用水泵能随时启动。操作员要注意监视备用水泵的电气允许启动状态。
（ 4）在备用方式的选择方面更灵活，可以一用一备或两用一备，界面简单友好，更容易操作。
另外，应用户的要求，增加了水泵电机的电流指示，以便操作员对水泵负载的直接监控。
3压缩机组及膨胀机系统控制压缩机组的自动控制在整个仪控设计方面有着极其重要的地位，因为所有的机组都取消了就地PLC控制器，这就要求将PLC的控制功能移植到DCS系统控制中。机组PLC控制器中的程序是经过机器厂家反复试车与修改的成果，供货方不会把程序给笔者作为参考，只是提出其控制要求，要求在DCS系统组态中加以实现；并且每个机组的控制要求各不相同，有的机组控制要求近乎苛刻。控制编程过程需要详尽的思考，不允许出现丝毫偏差。
由DCS系统实现压缩机组的全部控制功能，一方面，节省了用户大量的PLC购置费用；另一方面，压缩机组的控制不再是黑匣子！，使用户能清楚地了解机器的控制原理，并且能在中控室方便地监视及控制机组。
在瑞士MAN_TURBO公司空压机的调试过程中，外方的调试人员在做完机组喘振试验后，拒绝再次开车。理由是DCS系统的防喘振调节器扫描速度及压力变送器反应太慢，不能满足其*小时间100ms的要求。但笔者凭着用DCS系统控制压缩机的丰富经验，认为控制不会有问题。与外方人员进行了深入的技术交流，*后在调整了相应的PID参数后，空压机实现了平稳的自动启动及安全的防喘振控制，实现了机组的安全控制与节能的双赢。
增压机是德国ATLAS公司两段式的压缩机，在控制方面要求极为严格。在充分研究了其控制要求并考虑到具体空分工艺的需要后，在DCS组态中将其控制要求全部实现。和空压机一样，都实现了全自动控制。操作员在操作时就是对几个按钮的操作，极大地降低了操作强度，从而降低了出现误操作的可能。尤其是在各段入口导叶和回流阀的自动控制投入方面，经过深入的考虑和反复的虚拟测试，程序设计达到了良好的效果，增压机实现了平稳的自动启动及安全的防喘振控制。
氮压机是意大利英格索兰公司的5级压缩机，因为以前的氮压机控制都是就地PLC控制，改为DCS系统控制后，其控制要求不明确， DCS组态工作遇到了很大的困难。*后经现场调试人员配合，也取得了很好的控制效果。
通过对压缩机组控制系统的设计和调试，得到了一些经验：在防喘振控制中，要使用快速变送器，而不是一般的变送器；尽量让压缩机组带自己的喘振探测器，如果没有，在配置DCS时必须要考虑到对喘振系统的快速扫描。
3 1空压机的自动控制空压机可在就地电控柜或中控室启动。如果在中控室启动，须先将就地的启动转换旋钮旋至自动，在收到电控的允许仪控启动空压机信号后，由操作员在空压机启动流程图中用启动空压机按钮来启动空压机。当电机允许加载信号到来时，空压机的入口导叶将由启车位置0！跳变到*小开度10%.如果在20s内，入口导叶开度反馈还小于8%，说明入口导叶没打开至轻载开度，空压机将联锁停车。在导叶跳变到10% ，并且由爬坡器将导叶开度继续开大的同时，放空电磁阀得电，由下坡器将放空阀从100%开始关闭。当排气压力达到设定值时，恒压控制器投入自动调节，入口导叶首先处于自动控制状态；当入口差压值小于防喘振控制线时，防喘振控制器自动投入串级，放空阀处于自动控制状态，空压机自动加载完毕。当机组在小负荷运行一段时间后，预热过程完毕，操作员可以修改空压机排气压力设定值，使空压机运行在额定压力。至此，空压机启动完毕，操作员可以开送气阀V1100向空气预冷系统送气。需要注意的是，送气阀必须缓开，关闭时必须缓关。当空压机的控制投入自动后，严禁操作员将入口导叶的恒压控制器及防喘振控制器投入手动调节。
另外，还设置了防超压控制器，其调节输出和防喘振控制器的输出做叠加运算，作用于放空阀，实现安全控制。还设置了电机过流保护，其调节输出和恒压控制器的输出做减法运算，在恒压控制的基础上，减少导叶开度，降低压缩机负载。若机组运行过程中流量小于保护流量值，放空阀在防喘振调节器作用下快速开启，增大流量，使压缩机离开喘振工况。
遇到下面几种情况之一，空压机将马上轻载：排气压力超高；空压机流量小于喘振流量，机组喘振；操作员通过紧急按钮强制空压机轻载；空气预冷系统发生故障。空压机轻载动作：入口导叶限位至10% ，放空阀全开。
在故障消除后，操作员可通过空压机气路图上的恢复加载按钮来自动恢复加载空压机，过程与启动时相同。
在辅机控制中，要特别注意辅油泵的自动启动控制，在天钢试车过程中，曾出现了空压机停车后辅油泵不启动的危险情况。后经查明：现场电控柜上的转换开关在就地位置。必须注意：在正常开车时，此转换开关必须位于自动位置。在以后的设计中，应该把此转换开关的位置信息反馈到DCS系统，以便统一监测。
另外，在油箱加热器逻辑中，只有当油路系统处于循环状态下，才能启动电加热器，否则润滑油会由于局部过热而变质。因此在控制逻辑中，加入了润滑油总管压力控制信号。如果润滑油总管没有压力，则不允许启动加热器，无论加热器的控制是在就地还是自动位置。
3 2增压机的自动控制增压机的启动方式和空压机相同。电机允许加载信号到来时，增压机的入口导叶将由启车位置0开到*小开度25%（在25s内）。
增压机的加载要分段分步进行，首先要加载段，在段排气压力达到设计值后，才能加载（段。当操作员通过操作按钮发出？段加载指令后，由下坡器将回流阀从100%开始关闭。当排气压力达到设定值时，段回流阀压力控制器投入自动调节，回流阀将处于自动控制状态。这时操作员可以开启送气阀V401，向膨胀机缓慢送气，需要注意的是， V401必须缓开，关闭时必须缓关。
需要加载（段时，由操作员发出加载指令，下坡器将（段回流阀从100%开始关闭。当排气压力上升到设定值5 8MPa时，控制器投入自动调节，回流阀将处于自动控制状态。这时操作员可以向板翅式换热器缓慢送气，需要注意的是，送气阀必须缓开，关闭时必须缓关。
压缩机加载完毕后，随着空分系统用气量的增加，两段回流阀将在压力控制器的作用下逐渐自动关闭。当？段回流阀开度小于1%时， ？段回流阀控制器的设定值自动增加0 1MPa，作为超压控制器使用。当（段回流阀开度小于1%时， （段回流阀控制器的设定值自动增加0 08MPa，作为超压控制器使用。与此同时，程序自动将入口导叶的恒压控制器PIC1636 （设定值2 1MPa）、PIC1637 （设定值5 9MPa）投入自动调节，通过继续调节各段入口导叶来增加压缩机的负载。在自动方式下，两段入口导叶恒压调节器的*小输出为25%，防止发生喘振。
如果工艺用气量减少，直接反应就是压力升高，这时入口导叶将自动关小以稳定压力。如果工况变化大，压力继续升高，超过回流阀超压调节器设定值时，回流阀也将由全关自动开启。如果回流阀开度大于5%，入口导叶将自动置于手动位置，以防止由于入口导叶和回流阀的同时调节而造成的调节不稳；同时，回流阀调节器的设定值将恢复至段2 1MPa、（段5 9MPa，以控制排气压力在正常工况。这时操作员可以手动关小导叶，以节省能源。
增压机的两段防喘振控制是定流量控制，即：无论导叶在多少开度，如果流量小于设定值（通过喘振测试得出） ，就会作用于回流阀加法器，加大回流阀开度，增大流量，以防发生喘振。
另外，还设置了段的入口压力补偿控制器PIC1631，如果吸入压力低于设定值0 45MPa，该控制器会作用于？段回流阀加法器， ？段回流阀将被加大开启。设置了（段的入口压力补偿控制器PIC1657，如果（段吸入压力低于设定值2 0MPa，该控制器就会作用于（段回流阀加法器， （段回流阀将被加大开度。设置了电机过流保护，如果电机A、B、C相电流的高选值高于设定值，电机过流保护器将会作用于？段入口导叶减法器， ？段入口导叶将关小，以降低压缩机负载。
遇到下面几种情况之一，增压机（段将轻载：增压机段喘振； 增压机段排气压力超高；%增压机（段喘振； 增压机（段排气压力超高；）操作员通过流程图上的强制轻载（段按钮轻载。
增压机（段轻载动作：入口导叶限位至25%，回流阀全开。
遇到下面几种情况之一，增压机段将轻载：增压机段喘振； 增压机段排气压力超高；%操作员通过按钮操作屏上的HS1603按钮轻载。
增压机段轻载动作：入口导叶限位至25% ，回流阀全开，即： 段轻载， （段同时轻载； （段轻载， 段不需轻载。
在故障消除后，操作员可通过增压机气路图上的恢复加载按钮按顺序来自动恢复加载增压机的？段和（段，过程与启动时相同。
3 3关于就地喘振探测PLC为了更好地保护机器，采用了增压机组自带的就地喘振探测PLC，共两个PLC，分别负责？段和（段的喘振探测保护。PLC包括以下卡件：电源模块、CPU处理器模块、组态通讯接口卡、模拟量输入卡、数字量输入卡和数字量输出卡。两个PLC分别安装在增压机的两个就地接线箱上。
当压缩机允许加载后，由DCS系统发出指令，激活两个PLC投入工作。如果在一定时间内（可组态）检测到N次（可组态）超过设定值（可组态）的压力波动，即判断为机组喘振， PLC的数字量输出卡相应通道输出报警，由DCS实现联锁，紧急打开回流阀，同时入口导叶限位，实现机组的保护。喘振保护后，如果要重新加载，需要在增压机启动流程图上用PLC的复位按钮来进行故障复位。
如果在一定时间内（可组态） ， PLC检测到M次（可组态）喘振，即判断为喘振保护失效， PLC的数字量输出卡相应通道输出联锁，紧急停电机。根据ATLAS提供的喘振探测原理图，在DCS中实现了其喘振探测功能，并在试车过程中得到了验证，对压缩机的控制技术又是一次大的进步。
在其控制原理中，由于需要保存当前扫描周期以前3个周期的压力数据，以实现对压力喘动斜率的计算，这就需要用到堆栈数据结构。但DCS常规控制块中没有提供堆栈的数据结构，*后通过对BDSET 1L类型点的循环赋值实现，简单方便。
3 4膨胀机控制在开车调试期间，对膨胀机的机旁接线箱做了较大的改动。重新调整了箱体正面的指示灯，保留两个指示灯：允许启动和正在运行！。当DCS判断膨胀机准备就绪后，允许启动指示灯亮，这时可以在DCS或就地柜启动膨胀机。当膨胀机的紧急切断阀打开时，正在运行指示灯亮。
膨胀机的增压端也实现了自动加载功能，当膨胀机启动完毕需要加载时，操作员点击流程图上的自动加载按钮，下坡器将回流阀从100%开始关闭，当排气压力达到设定值时，恒压控制器由程序投入自动调节。
如果膨胀机超速，则由SICAS430进行自动调节，与防喘振调节器FIC408的输出做加法运算后，开大回流阀，控制转速。
增压端的防喘振调节器FIC408的设定值是通过喘振测试得出的。调节器的PV值是经过运算得出的值，而非压力值或差压值。它的计算方法为：FIC408 PV =增压端排气压力-增压端进气压力增压端入口缩节差压如果PV 在润滑油压力正常、密封气压力正常的条件下，通过膨胀机除霜按钮，可以打开膨胀机的紧急切断阀，开始除霜。如果在除霜过程中，出现以下故障，将自动联锁保护，关闭紧急切断阀：润滑油压力比正常低；密封气压力低；转速超过500r min；切断阀得电2s后阀没有动作。
如果要停止除霜过程，必须将除霜停止按钮置于停止位置。需要注意：在除霜过程中，就地紧急停车按钮和中控室紧停按钮不起作用，它们只是用于在正常运行过程中的紧急停车。
3 5氮压机自动控制氮压机的启动方式和空压机相同。电机允许加载信号到来时，氮压机的入口蝶阀将由启车位置8%跳变到*小开度15%。爬坡器将入口蝶阀开度继续开大的同时，由下坡器将放空阀从100%开始关闭。当排气压力达到设定值时，入口蝶阀恒压控制器投入自动调节，入口蝶阀将处于自动控制状态；当排气压力小于防喘振控制线时，放空阀控制器投入自动调节，放空阀将处于自动控制状态。然后操作员可以修改压力设定值，使氮压机运行在额定压力。至此，氮压机启动完毕，操作员可以开送气阀向氮气管网送气。需要注意的是，送气阀必须缓开，关闭时必须缓关。当氮压机的控制投入自动后，严禁操作员将入口导叶的恒压控制器及放空阀控制器投入手动调节。
另外，还设置了电流防喘振控制器，如果氮压机A、B、C相电流的高选值小于设定值，调节器输出将作用于放空阀加法器，放空阀将开启。还设置了电机过流保护，如果电机电流高于设定值，调节器输出作用于减法器，入口蝶阀将关小，降低压缩机负载。如果氮压机流量大于设定值20000m 3 / h，调节器输出作用于减法器，将关小入口蝶阀，以防影响精馏塔运行工况。
遇到下面几种情况之一，氮压机将轻载：排气压力超高；氮压机喘振；操作员通过HS1503强制氮压机轻载。氮压机轻载动作：入口蝶阀限位至15% ；放空阀全开。在故障消除后，操作员可通过氮压机气路图上的恢复加载按钮来自动恢复加载氮压机，过程与启动时相同。天钢的氮压机控制遇到的难题及解决办法：（ 1）炼钢工艺用氮气量波动太大：氮气量会在1min内从0变化到20000m 3 / h或者从20000m 3 / h变化到0.由于氮气球罐太小，只有400m 3，就造成了氮压机工况的大幅波动，入口蝶阀和放空阀频繁动作，氮压机容易失调。*后通过反复调节PID参数才将工况稳定下来，氮压机的控制适应了用气量的波动。
（ 2）入口蝶阀的控制：蝶阀的开度变化对氮压机的运行影响极大，所以对蝶阀的开度做了限制，*大开到55% ，*小关到30%.
（ 3）工程设计方面的缺憾：流量孔板没有安装在氮压机的出口，而是安装在送气管道上，不能作为机组的防喘振使用，所以用电流防喘振。
（ 4）电流防喘振的不足：由于电机电流是由电控的CT转换而来，存在误差及较大的滞后，对要求敏感的压缩机防喘振控制不适合。
4其他系统自动控制（ 1）空气预冷系统：空冷塔底部的阀门V1166是由电磁阀控制的开关阀，按杭氧要求，其作用是当空冷塔液位超高时，由控制逻辑紧急打开，以防分子筛进水。由于杭氧设计时取消了手动疏水阀，在试车过程中，操作员要求此阀门既由逻辑控制，又可以手动控制其开关，以用于停车后对空冷塔的疏水。修改控制逻辑后，满足工艺需要。
（ 2）设计了仪表空压机的自动启动。当空分设备停车，仪表气总管压力低于设定值时， DCS自动启动仪表气空压机，以保证贮槽及调压站系统的仪表气供应。
（ 3）修改循环液氩泵后的回流阀控制为液位控制，取代压力控制。
（ 4）考虑到安全问题，液体贮槽系统的充瓶泵、充槽车泵由中控室启动改为就地启动。
