1  引言
莱芜钢铁集团有限公司于2005年8月投产的制氧机是一套22000m3/h内压缩流程制氧机组。采用常温分子筛净化空气，增压透平膨胀机制冷，采用规整填料技术及全精馏制氩的外压缩流程。氮压机采用ATLAS HMH8型设备，由四级蜗壳设备和一台西门子电机组成。氮压机工作过程是在西门子电机的驱动下通过联轴器带动齿轮箱工作，将空分中分离出来的氮气通过四级蜗壳进行四级压缩从而达到2.5MPa的高压无油氮气向外输送。并通过的喘振保护功能实现压缩机本身的轴系统的保护工作。

2  控制要求及主要控制功能
控制程序主要完成氮压机设备的启动—停止联锁控制，润滑油系统的顺序控制，辅助油泵的手/自动启动—停止及温度过热保护功能，系统的温度、压力、阀位联锁等控制，入口导叶和防喘振阀的自动调节功能，压缩机特有的喘振保护功能，保护并保证设备的安全稳定运行。设计中采用现场总线、DCS、PLC等先进技术相结合的控制方法，实现了该机组自动控制、数据通讯及上位机管理。

3  硬件配置及技术设计特点
3.1  控制系统硬件配置
(1) 系统配置
控制系统硬件配置 氮气压缩机采用标准TCP/IP协议以太网实现与主DCS系统的数据通讯。并通过标准TCP/IP协议以太网，实现整个流程中空气压缩、氮气压缩等子系统的自动控制、数据通讯及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。硬件配置示意图如图1所示。

图1     硬件配置示意图
系统以Win2000为运行平台，从而确保系统的通用性、开放性和易用性。系统提供了功能块图FBD、梯形图LAD、语句表STL和CFC等图形化组态手段。系统使用同一套组态工具软件STEP7完成过程级控制策略和操作级HMI组态及调试，并使用同一个全局数据库和项目树，使得程序生成灵活简单，清晰明了。
S7-400 PLC是SIEMENS公司推出的目前功能最强大的控制系统，支持多种国际现场总线标准，既可连接常规I/O，又可连接Remote I/O及Profibus、FF、CAN、Modbus等现场总线设备。
(2) 上位机配置
上位机配置 PLC系统选用的是西门子SIMATIC  S7-400可编程控制器，监控软件采用SIMATIC WINCC,并带有1个操作员站OS、1个工程师工作站ES。PLC与上位机之间通过工业以太网通讯，光纤连接。如图2所示:

图2     系统配置结构框图
上位机的监控功能主要包括画面显示、系统的运行操作、报表管理及报警功能。便于故障跟踪和智能分析，为及时发现故障、分析故障、解决故障创造了有利条件。
3.2  控制系统采用的技术
(1) 可变周期任务运行S7-400 PLC控制器高度容错自动化系统控制程序采用“任务运行”方式，每个任务都可设定运行周期和优先级。所以该控制器既可满足复杂调节回路控制要求，又可满足快速电气开关量控制，从而一个控制器可以覆盖工厂所有环节的控制要求且系统编程语言符合IEC61131-3标准。
(2) 开放的TCP/IP协议以太网技术 S7-400 PLC控制系统通信模件为标准TCP/IP协议以太网模件，使系统无须增加设备就可与工厂局域网连接;由于系统支持各种OPC数据交换标准，使系统与各种第三方数据库或软件的数据交换更加容易。
(3) PROFIBUS-DP现场总线技术 PROFIBUS-DP用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。
3.3  功能设计特点
氮压机采用远程分布式控制方式，远程站设在压缩机机旁柜，触摸屏操作和监控。本控制系统可实现自动控制，远程手动操作及上位机管理，可完整地监控整个系统的生产情况。