组态王在利用VPSA技术进行空气分离行业的应用

　　一、前言

　　空分设备是将空气中的氮气、氧气分离中来的一种配套设备。近年来，中小型(氮气或氧气产量在10000m3/h以下)空分系统多采用“PLC+上位软件”方式控制，控制系统的稳定性和实施的方便性受到广大用户的青睐。

　　VPSA(变压吸附)分离技术是采用加压吸附、降压解吸的方式分离空气中的氮气和氧气，为用户提供气体单体，根据吸附剂的不同，系统分离出氮气或者氧气。采用VPSA技术进行空气分离的空分系统和传统的深冷法相比较具有设备起动快、投资少、建设周期短、综合能耗低等特点。对于污水处理、钢铁等行业，系统完全可以满足用户用氧需求。

　　二、工艺简介

　　以变压吸附制氧工艺(见图1)为例，空分系统设备由鼓风机、真空泵、吸附器、换热器、氧压机等多个主设备组成，还有一些辅助系统如循环水系统、仪表空气系统。

　　空气经过滤器去除空气中杂质，由鼓风机压缩、换热器降温，从吸附器下部进入吸附器，吸附器内装填具有选择性吸附空气中 水分、C02和碳氢化合物的吸附剂，还装有具有选择性吸附空气中氮气的吸附剂。空气通过吸附床层时，空气中H20、CO2、碳氢化合物，氮气被吸附剂选择性吸附，氧气产品从吸附器顶部流出。吸附剂饱和后，通过降低吸附器工作压力实现吸附组分解吸，外流出吸附器。每一个循环， 吸附器都经历了吸附、顺向放压、真空解吸、均压、充压五个工作步骤。

　　这五个工作步骤是通过气动切换阀切换来实现的。气动切换阀的动作由PLC控制系统根据没定的程序控制阀门的自动切换。

　　三、控制系统构成

　　空分控制系统主机选用具备双CPU硬冗余PLC产品，上位机软件使用北京亚控公司的组态王，系统按照无人值守管理要求设计和仪表配置。采用PLC逻辑程序和上位机使用组态王监控软件的联合控制模式，具备各种通讯和远程监控功能。PLC和组态王均采用冗余结构配置，网络架构采用光纤冗余环网的结构，大大提供了系统的稳定性和可操作性。具体结构如图2所示：

　　如上图所示，下层PLC控制系统采用双CPU硬件冗余结构，PLC的动作切换在毫秒内完成，保证系统的安全性、及时性。上位机系统主要有IO服务器、登录服务器、报警服务器、历史服务器、web服务器组成。

　　1、IO服务器主机和IO服务器从机组成上位机双机热备，系统正常运行的时，主、从机都启动，但从机不采集实时数据，而通过网络获取主机数据，同时负责对主机进行监听。主机停机后，从机采集数据并完全取代主机功能，主机恢复运行后，从机停止数据采集，系统恢复正常状况。