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1 立项背景
莱钢12000m3/h深冷装置已经运行十余年，控制系统进入故障高发期。主要原因：原控制系统、控制技术都已落后，大多硬件在市场上已经淘汰；全英文文本操作的监控面板不易掌握，参数无归档；且由于关键技术外方加密，导致不明原因停车故障率逐年上升；此外操作员面板和监控上位机的专用性导致了故障后无法更换，一旦发生致命性硬件故障，势必导致该装置控制系统瘫痪，为了提高生产稳定性和可靠性，必须利用技术手段进行改造。
2 总体思路
1）硬件方面：
空分采用西门子全集成PCS7控制系统替代INFI90集散控制系统，单体设备控制系统采用S7替代原S5PLC控制系统，同时应用现场总线技术、工业以太环网等先进技术实现网络通讯。
2）软件方面：
采用拟合多段线函数、最低负荷启停车、恒纯度联动自调节、零干预全程卸载等先进的动态调整技术提高关键设备的工作效率，减少故障发生机率。利用故障自修正、硬件设备故障异地锁定等技术实现了对压缩机等重要设备控制站硬件的在线诊断保护。
3 技术难点
1）压缩机防喘控制落后，放散率高。
2）卸载操作难度大，误操作后果严重。
3）产品纯度人工调整，质量稳定性差。
4）工程人员无法预知模块故障，维护被动。
5）检测元件故障常常是造成设备误停的主要原因。
3.1 压缩机防喘控制落后，放散率高
目前，随着压缩设备自身的老化，原先使用的防喘振控制已经不能适应现在的设备机械性能，放空阀频繁波动，导致空压机放散率较高，影响空分装置的稳定和产量，且随着十年来压缩机控制技术不断发展，原控制技术已被压缩机厂家淘汰。
3.2 卸载操作难度大，误操作后果严重
卸载操作步骤繁琐，劳动强度大，需要多名操作人员同时多对象调整，对操作人员的业务水平要求较高，人为的误操作会带来严重后果。
3.3 产品纯度人工调整，质量稳定性差
传统的空分系统设计，要保证产品氧、氮纯度达到理想数值，主要是依靠操作人员实时监控上位机，根据纯度的变化做出及时有效的调整，如此人为操作既不可靠也很难达到产品高质量的要求。
3.4 工程人员无法预知模块故障，维护被动
传统的控制系统设计往往只注重工艺控制功能的实现，极少涉及控制系统本身。实际上系统硬件的很多相关信息并没有得到有效的利用，这使得硬件故障发生，并给工艺带来影响的时候，工程人员才通过模块故障指示灯或通过在线诊断软件得到故障信息，硬件维护一直处于被动状态。
3.5 检测元件故障常常是造成设备误停的主要原因
生产现场环境恶劣，振动大、温度高、干扰等不可预知的原因常常使一次检测原件工作不稳定，甚至损坏，而关键参数的误测会造成设备误报、带载误停。
关键技术及创新点
1）用拟合多段线函数实现节能防喘
采用拟合技术做防喘振控制线，使防喘振控制线几乎与喘振线平行，最大限度的扩展了压缩机的安全运行区域，减少了过去采用单参数控制仅是一条直线而造成的不必要的回流。
2）采用零干预全程卸载技术
采用零干预全程卸载技术，能够在紧急卸载情况下，自动快速响应，无须人工干预。
3）恒纯度联动自调节技术
开发自适应调节模块：产品氧、氮纯度由在线分析仪器采集，转换标准信号后进入DCS系统，自适应调节模块根据所采集气体纯度判断设备运行状态，调节工艺相关参数，使产品纯度自行趋于理想数值。
4）应用硬件故障诊断锁定技术
工程站模块诊断锁定：提取CPU、电源模块、通讯模块内部运行温度、风扇状态、通讯瞬时速率、电池状态等关键参数及报警信息，利用远程网络将信息传送到执行层，维护人员实时掌握CPU运行状态。分布式I/O模块，利用现有控制软件获取发生故障时的运行序列，利用OPC传送故障代码到远程监控机，实现故障模块的远程锁定
5）开发误测识别自修正技术
为了避免一次元件故障造成设备误停，根据不同类型信号的特点，我们将现场常见信号分为两类。第一，对于振动、压缩机转速、运行反馈等联锁信号，利用工艺参数的相关性进行关联性保护。比如转速、运行反馈信号，利用与之有密切关联的电流信号保护，只有在几个关键参数同时符合停车条件情况下才停车。
第二，对于温度类信号。由于温度信号随工艺与一次元件损坏时变化规律是不一样的，一次元件损坏测量值会发生瞬时的尖峰跳动或者是瞬时达到最高稳定值，利用控制系统软件开发判断修正程序，真实信号继续联锁，虚假信号不停车，同时报警提醒操作人员查看。
实施效果：
① 利用拟合多段线函数实现节能防喘，不仅具有安全性；同时，以最少的放空量和回流量实现节能防喘。
② 采用零干预全程卸载技术，减轻劳动强度，杜绝了误操作。
③ 应用恒纯度联动自调节技术使工艺调整更加及时可靠，产品质量得到保证。
④ 硬件故障诊断锁定技术实现远程监测、掌握自控设备运行状态，提高了判断、排除故障的工作效率，维护工作变被动为主动。
⑤ 误测识别自修正技术解决了由于一次元件误测造成的设备误停事故。
硬件全面升级，备品备件得以保证，安全稳定性大大提高。监控由简单的英文操作面板升级为功能全面、界面友好的监控站，数据归档，操作性大幅提高。
莱钢12000m3/h深冷装置已经运行十余年，控制系统进入故障高发期。主要原因：原控制系统、控制技术都已落后，大多硬件在市场上已经淘汰；全英文文本操作的监控面板不易掌握，参数无归档；且由于关键技术外方加密，导致不明原因停车故障率逐年上升；此外操作员面板和监控上位机的专用性导致了故障后无法更换，一旦发生致命性硬件故障，势必导致该装置控制系统瘫痪，为了提高生产稳定性和可靠性，必须利用技术手段进行改造。
2 总体思路
1）硬件方面：
空分采用西门子全集成PCS7控制系统替代INFI90集散控制系统，单体设备控制系统采用S7替代原S5PLC控制系统，同时应用现场总线技术、工业以太环网等先进技术实现网络通讯。
2）软件方面：
采用拟合多段线函数、最低负荷启停车、恒纯度联动自调节、零干预全程卸载等先进的动态调整技术提高关键设备的工作效率，减少故障发生机率。利用故障自修正、硬件设备故障异地锁定等技术实现了对压缩机等重要设备控制站硬件的在线诊断保护。
3 技术难点
1）压缩机防喘控制落后，放散率高。
2）卸载操作难度大，误操作后果严重。
3）产品纯度人工调整，质量稳定性差。
4）工程人员无法预知模块故障，维护被动。
5）检测元件故障常常是造成设备误停的主要原因。
3.1 压缩机防喘控制落后，放散率高
目前，随着压缩设备自身的老化，原先使用的防喘振控制已经不能适应现在的设备机械性能，放空阀频繁波动，导致空压机放散率较高，影响空分装置的稳定和产量，且随着十年来压缩机控制技术不断发展，原控制技术已被压缩机厂家淘汰。
3.2 卸载操作难度大，误操作后果严重
卸载操作步骤繁琐，劳动强度大，需要多名操作人员同时多对象调整，对操作人员的业务水平要求较高，人为的误操作会带来严重后果。
3.3 产品纯度人工调整，质量稳定性差
传统的空分系统设计，要保证产品氧、氮纯度达到理想数值，主要是依靠操作人员实时监控上位机，根据纯度的变化做出及时有效的调整，如此人为操作既不可靠也很难达到产品高质量的要求。
3.4 工程人员无法预知模块故障，维护被动
传统的控制系统设计往往只注重工艺控制功能的实现，极少涉及控制系统本身。实际上系统硬件的很多相关信息并没有得到有效的利用，这使得硬件故障发生，并给工艺带来影响的时候，工程人员才通过模块故障指示灯或通过在线诊断软件得到故障信息，硬件维护一直处于被动状态。
3.5 检测元件故障常常是造成设备误停的主要原因
生产现场环境恶劣，振动大、温度高、干扰等不可预知的原因常常使一次检测原件工作不稳定，甚至损坏，而关键参数的误测会造成设备误报、带载误停。
关键技术及创新点
1）用拟合多段线函数实现节能防喘
采用拟合技术做防喘振控制线，使防喘振控制线几乎与喘振线平行，最大限度的扩展了压缩机的安全运行区域，减少了过去采用单参数控制仅是一条直线而造成的不必要的回流。
2）采用零干预全程卸载技术
采用零干预全程卸载技术，能够在紧急卸载情况下，自动快速响应，无须人工干预。
3）恒纯度联动自调节技术
开发自适应调节模块：产品氧、氮纯度由在线分析仪器采集，转换标准信号后进入DCS系统，自适应调节模块根据所采集气体纯度判断设备运行状态，调节工艺相关参数，使产品纯度自行趋于理想数值。
4）应用硬件故障诊断锁定技术
工程站模块诊断锁定：提取CPU、电源模块、通讯模块内部运行温度、风扇状态、通讯瞬时速率、电池状态等关键参数及报警信息，利用远程网络将信息传送到执行层，维护人员实时掌握CPU运行状态。分布式I/O模块，利用现有控制软件获取发生故障时的运行序列，利用OPC传送故障代码到远程监控机，实现故障模块的远程锁定
5）开发误测识别自修正技术
为了避免一次元件故障造成设备误停，根据不同类型信号的特点，我们将现场常见信号分为两类。第一，对于振动、压缩机转速、运行反馈等联锁信号，利用工艺参数的相关性进行关联性保护。比如转速、运行反馈信号，利用与之有密切关联的电流信号保护，只有在几个关键参数同时符合停车条件情况下才停车。
第二，对于温度类信号。由于温度信号随工艺与一次元件损坏时变化规律是不一样的，一次元件损坏测量值会发生瞬时的尖峰跳动或者是瞬时达到最高稳定值，利用控制系统软件开发判断修正程序，真实信号继续联锁，虚假信号不停车，同时报警提醒操作人员查看。
实施效果：
① 利用拟合多段线函数实现节能防喘，不仅具有安全性；同时，以最少的放空量和回流量实现节能防喘。
② 采用零干预全程卸载技术，减轻劳动强度，杜绝了误操作。
③ 应用恒纯度联动自调节技术使工艺调整更加及时可靠，产品质量得到保证。
④ 硬件故障诊断锁定技术实现远程监测、掌握自控设备运行状态，提高了判断、排除故障的工作效率，维护工作变被动为主动。
⑤ 误测识别自修正技术解决了由于一次元件误测造成的设备误停事故。
硬件全面升级，备品备件得以保证，安全稳定性大大提高。监控由简单的英文操作面板升级为功能全面、界面友好的监控站，数据归档，操作性大幅提高。