1.前言
　　在空分生產裝置中，空壓透平機是重要的單體設備，是空分生產的龍頭，設備性能和過程控制的好壞，將直接影響生產的順行。生產中我們選用西門子SIMATIC S7-300對其進行控制。SIMATIC S7-300是中小型PLC系統，它的模塊化、無排風扇結構和易于實現分布特點很好滿足了控制的要求。本文簡述了工藝過程、西門子PLC系統配置及功能特點、過程通訊等，并詳細闡述了防喘振功能功能的實現。

2.工藝概述
　　空壓透平機為GT078L3K3型離心式三級壓縮機，傳動裝置為西門子高壓無刷同步電機�？諝饨涍^吸氣塔消音除塵處理后，進入一級壓縮機，一級吸入壓力正常值為100Kpa。壓縮后的氣體經過水冷卻后，以正常37℃進入二級壓縮機，再經水冷卻和三級壓縮后排出，排出氣體的正常溫度和壓力分別為95℃和410Kpa。工藝流程示意圖如圖1：





3.系統配置及功能特點
　　SIMATIC S7-300可編程控制器模塊化設計結構，使各種獨立的模塊之間可以進行廣泛的組合，易于擴展�？諌和钙綑C控制系統結構示意圖如圖2：





3.1硬件系統
（1）中央處理單元選用CPU315-2DP,1塊，它具有大型的程序存儲容量，并有PROFIBUS-DP主/從接口，可以配制成分布的自動化結構，易于今后的系統擴展。智能化的診斷功能連續監控系統工作是否正常，并記錄錯誤和特殊系統事件。
（2）接口模塊采用IM360,共2塊，用于多機架配置中主機架和擴展機架之間的連接，可擴展3個機架，各機架之間的最大距離為10米。
（3）SM為信號模塊，其中數字量輸入模塊7塊、輸出模塊3塊，模擬量輸入模塊2塊、出模塊2塊。數字量輸入/輸出模塊能自動診斷無編碼器電源、無內外部輔助電壓、模塊參數錯誤、看門狗錯誤、EPROM故障、過程報警信息丟失等；模擬量輸入模塊能自動診斷無外部電壓、組態參數錯誤、共模故障、短線、測量范圍溢出等故障；模擬量輸出模塊能自動診斷無外部電壓、組態參數錯誤、對地短路等故障。
（4）人機界面選用OP27,用于實現用戶對生產過程的監控和操作。人機界面服務已集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程工作大大降低。

3.2軟件系統
（1）編程器PG是人機界面的組態工具，組態軟件選用Windows下的SIMATIC ProTool/Lite和ProTool軟件，對OP27操作面板進行組態。由于是在標準的Windows操作系統下運行，又有在線幫助功能，學習掌握方便。
（2）口令保護，多機口令保護可以使用戶高度、有效的保護其技術秘密，防止未經允許的復制和修改。

4.系統通訊
　　過程通訊采用多點接口MPI數據通訊方式，MPI通訊口集成在S7-300 CPU上，實現簡單數據聯網，通訊配置圖如圖3：




　　MPI能同時連接編程器、人機界面（HMI）,互聯的CPU可以利用全局數據服務，周期性地相互進行數據交換。任意兩個給定的MPI節點之間可串聯最多10個中繼器，使通訊距離大大加長。

5.系統應用
5.1控制功能
　　空壓透平機控制主要包括入口導葉開度及限位控制、旁通閥開度及限位控制、軸承震動控制、軸位移控制、溫度控制、防喘振控制等，使用STEP7提供的語句表和梯形圖編程語言方便的實現了以上控制功能。

5.2防喘振控制
　　防喘振控制是空壓透平機控制的核心部分。壓縮機產生喘振的直接原因是由于壓縮機進口流量與出口壓力不匹配，造成壓縮機軸向低頻大振幅周期性氣流震蕩。喘振使壓縮機的性能惡化，氣流參數（壓力、流量）產生大幅波動，噪聲和震動加劇，嚴重時足以損壞壓縮機。防喘振系統就是通過調節入口導葉開度和旁通閥開度來控制壓縮機的流量和出口壓力，使之在正常的工作區內運行。喘振曲線示意圖如圖4：




圖中虛線喘振線為理論喘振曲線，實際程序設計中采用“三線法”計算喘振曲線值，三線如圖a、b、c所示，數學模型分別為：
y1=k1*x1+a
y2=k2*x2+b
y3=k3*x3+c
　　控制中，當壓力一定時，即y值一定時，取三方程式中x最小值為喘振流量值；當流量一定時，即x值一定時，取三方程式中y最大值為喘振壓力值，并由喘振壓力值計算得到喘振報警值。喘振曲線由控制程序根據設備實際運行狀況動態計算得到。
防喘振控制程序流程圖如圖5：





6、結束語
　　空壓透平機投運到現在運行狀況良好。SIMATIC S7-300控制設備性能穩定，維護方便，既降低了維護人員的勞動強度，又保證了生產的穩定暢行，收到了很好的經濟效益和社會效益。