压缩机组的防喘振控制系统分析与实现.pdf

压缩机组的防喘振控制系统分析与实现 张婉悦 沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 8 6 9 控 制 技 术 i C o n t r o l T e c h n o l o g y l 【 摘要】 介绍了压缩机组在启动、运行调节时，会出现机组喘振现象，该现象应引起足够重视 ，否则会造成机组的严重损 坏。为 了保证压缩机组安全可靠运行 ，对机组运行性能特征及喘振原因进行深入分析，基于P L C系统 同时满足不同调节要 求的控制保护设计 ，并讨论复杂工况下可行的防喘振控制线的控制方法及防喘振 阀实时准确地动作 ，提出了更优的解决方 案。实践证明，控制效果良好 ，具有实际应用性和实效性。 【 关键词】 压 缩机组 ；P L C；防喘振控制 ；控 制 系统 中图分类号T H 4 5 文献标志码 A 文章 编号 1 0 0 6 2 9 7 1 2 0 1 6 0 5 0 0 3 9 0 3 An a l y s i s a n d Re a l i z a t i o n o f An t i - s u r g e Co n t r o l S y s t e m f o r Co mp r e s s o r Un i t ZHANG W a n - y ae S h e n y a n g B l o w e r Wo r k s G r o u p C o r p o r a t i o n ， S h e n y a n g 1 1 0 8 6 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e s u r g e p h e n o m e n o n o c c u e d i n t h e s t a r t i n g a n d o p e r a t i n g a d j u s t i n g o f c o mp r e s s o r u n i t ． T h i s p h e n o me n o n s h o u l d b e p a i d s u ff i c i e n t a t t e n t i o n ，o t h e r w i s e i t wi l l c a u s e s e ri o u s d a ma g e t o t h e u n i t ．F o r e n s u rin g t h e s a f e a n d r e l i a b l e o p e r a t i o n o f t h e u n i t ，t h e o p e r a t i n g c h a r a c t e ri s t i c s a n d t h e s u r g e rea s o n s w e r e d e e p l y a n a l y z e d i n thi s p a p e r ． Ba s e d o n t h e c o n t r o l a n d p r o t e c t i o n d e s i g n o f P L C s y s t e m m e e t i n g d i ff e r e n t a d j u s t i n g r e q u i r e me n t s a t t h e s a n l e t i m e ， the c o n t r o l m e t h o d o f r e l i a b l e a n t i - s u r g e c o n t r o l l i n e u n d e r c o mp l i c a t e d c o n d i t i o n s a n d the a c c u r a t e a c t i o n i n r e al t i me o f a n t i - s u r g e v a l v e we r e d i s c u s s e d als o ．A b e t t e r s o l u - t i o n i s p rop o s e d ．P r a c t i c e h a s p rov e d t h a t the c o n t r o l e ff e c t i s g o o d ， wi t h p r a c t i c al a p p l i c a t i o n a n d e ff e c ti v e n e s s ． Ke y wo r d s s p ri n g f o r c e ； r e c i p r o c a t e c o mp r e s s o r ；v alv e d e s i g n ； v a l v e f a i l u r e 1 引言 压缩 机是 大型 乙烯 、炼油 、煤 化工 、电力 、 冶金等关系到国计民生的重大工程项 目装置中的 核心重要设备。压缩机本身转速较高 ，需要专业 人员的实时监控 。同时需有效机组控制 ，特别是 机组 的防喘振控 制对机组启 动运行进行保 护 。 如 果人工手动完 成 ，则可靠性 不高 ，不便 维护 ，机 组易受 损伤 ，维护 运行 的成本 也 就相应 比较 高 [1 |2 】。因此，想要提高压缩机组的工作效率也就 是提高重大工程项 目装置的工作效率 ，如何降低 能耗 ，延长设备的使用寿命 ，如何规避人工操作 带来 的误 动作 等 问题 。急需 自动控 制压缩机组运 收稿 日期 2 0 1 6 0 2 2 4 2 0 1 6 年 0 5 期 总第 2 5 9 期 行 的机 组防喘振控制 方法 。压缩机组 控制 系统通 常 由P L C下 位 机 、H MI H u n a n Ma c h i n e I n t e r f a c e 上位 机组成 ，共 同完 成监视 、控 制 ，能够实 现压 缩机组控制 。 2 压缩机防喘振控制系统分析 压 缩机组在启动 、运行调节 时 ，会 出现 机组 喘振现象 ，该 现象应引起 足够重视 ，否则会 造成 机组的严重损坏。为了保证压缩机组安全可靠运 行，并更好地理解喘振 ，更好的解决喘振所引发 的问题 ，引入 以下定义 。喘振线是 由一 系列喘振 点所 连成 的线 ，在不 同压力 及流量 工 况下工 作 ， 压缩机 的喘振点是不 同的。压缩机工作 点工作在 喘振线左侧 即工作在 喘振 区 了 ，正 常运行的压缩 控制技术 Co n t r o l 7 n o ／ o g 9 D C S 操作员站 图1 机组控 制系统拓扑图 机组应该 工作在喘振线 的右侧 ，即为正常 的机组 运行 区域。机组控制系统的 目的是让机组在启动 、 运行过程 中一直工作在 机组运行 区域 。为 了达 到 这一 目的 ，在形成 的喘振 线 向右移动一 定量作 为 工作裕度 ，移动后形成的线叫做防喘振控制线。 但在实 际复杂 、多工况 的情 况下 ，控制系统 仅仅对 以上的情况进行 考虑是不能很好 地解决压 缩机 防喘振 问题 的。为了更好 的解决 复杂 、多工 况带来 的压缩机喘振 问题 ，采用更先进 的动态 防 喘振技术 。 当机组工作 实际情况复杂并 且有可 能 多次变换 工况 的前提下 ，压缩机组 的工作点会有 多次触碰 防喘振控制线 的趋势 。机组控 制 系统要 不停 的化解这种机组运 行趋势 ，不停 地计算 ，然 后 动作 防喘 阀开度来 不停 调整机 组 工作 点位 置 。 这 样频 繁动作 不利 于机组 稳定 安全 运行 ，因此 ， 控制系统对于频繁发生喘振现象后要求算法做记 忆 功能 ，对发生 之后再次发生 的喘振现象 并有 同 样 动作 趋势 的喘振 现象 的防喘振 控制线做 动态处 理 ，即要求 防喘振控制线根据 工作点移 向喘振线 的速度来重新调 整 。发生一 次喘振现象后 ，当喘 振 现象间隔 时间很短再次发 生时 ，防喘振 控制线 向右调整一次 ，调整的距离 与工作点移 向喘振线 的速度 、此前 发 生喘振想 象 的次数 等 因素有 关 。 调整的安全边 界裕度 的大小 更多的依据现 场压缩 机运行经验 。 压缩机控制系统设计需按照安全要求进行设计 1 该控制系统及其装置的完成必须根据 自 4 0 瓣 ， 动防故障设计标准。这意味着 a 压缩机在有安 全条件情况下才能启动 ； b 在没有安全条件下启 动必须放弃 ； C 超过极限的条件下 ，压缩机必须 停车或者返 回到最小负荷状态。 2 保 护或者安全控制 系统建议独立于常 规 控制系统 ，以便使 事件发生 的可能性最小化 。在 安全或者保护系统同时失灵时，绝没有单一故障 造成控制系统逆向失灵。 a 控制系统的设计不仅能够稳态运行 ，还能 使整个系统瞬间响应； b 停车或者故障后，在重 图2控制器结构 图 2 0 1 6 年0 5 期 总第2 5 9 期 ■ 新启动前，该控制系统应该需要一个手动重置。 传送低电信号的电气电缆要进行评 比以避免 任何可能的电磁干扰。 3 控制系统硬件构成与实现 压缩机组控制系统通常由P L C 下位机 、H M I 上 位机组成 ，共同完成监视 、控制，能够实现压缩 机组控制，如图l 所示。专用于工业控制 ，其硬件 结构主要 由电源、中央处理单元、存储器 、输入 输出接口电路、功能模块等组成。 根据具体工艺复杂程度的要求及装置的重要 性可在三重化冗余容错P L C 与双重冗余容错P L C 之 间进行选择。根据本系统实际情况和要求 ，采用 的是基于三重化冗余容错P L C 可编程逻辑控制器的 压 缩 机控 制 系统 。三重 化 冗余 容 错 P L C具 有 T MR 结构 ，如图2 所示 。 基于三重化冗余容错P L C 的控制系统结构是对 于控制器物理链路 、任何一个输入I ／ O、端子板、 I ／ O 网络等均采用三取二表决的方式 ，将单点故障 排除在正常运行信号之外，并同时发出报警 ，可 自行诊断并且支持在线更好及维修。具有高可靠 性、高可用性，从硬件的角度排除误停车 ，对安 全生产有重要意义。 网络通讯在控制器和I O 卡件之间，可以单网， 双 网和三冗余 网络。厂级数据高速公路 P l a n t D a t a H i g h w a y P D H是一个对外界 如 D C S 开放 的网络系统 ，它将H M I 服务器与操作员站 、打印 机、历史数据站及其他控制系统联网，P D H 采用 T C P ／ I P T r a n s f e r C o n t r o l P r o t o c o l ／ I n t e rac t P r o t o c o l ， 传输控制协议／ 网际协义通讯协议 ，其通讯方式 为广播式 ，允许共享一条传输线的多个站点随机 访问传输线路。网络速度为1 0 M b ／ s 或1 0 0 M b ／ s ， 最多可支持1 0 2 4 个节点 ，当采用双绞线时最长可 传输1 0 0 m，采用光缆时最长可传输2 0 0 0 m。 4 控制系统软件实现 T MR容错 控制器 采用 T R I S T I O N 1 1 3 1 S o f t w a r e P a c k a g e Wi n d o w 环境 ，2 0 0 1 年以后 ，支持功能块 、 梯形图、语句表等多种语言 ，H M I 上位机采用软 件I n t o u c h 9 ． 5 1 0 0 0 R运 行版 R u n t i me 和 1 0 0 0 D开 发版 D e v e l o p m e n t ，分别作为H M I V ie w e r 和H M I 一 2 0 1 6 年O 5 期 总第2 5 9 期 控 制技 术 l C o n t r o l T e c h n o l o g y l S e r v e r 。安装人机界面的要求采用Wi n X P O S 操作系 统，共2 个类型，一个是服务器，另外一个是客户 端，服务器提供数据给客户端。客户端仅仅作为 控制和监控作用 ，不进行项 目组态。人机界面主 要 由启动画面 、工艺流程主画面 、报警联锁窗 口、 对象嵌入和链接过程服务器 、系统数据库等部分 构成。控制系统具有时间顺序记录、保护设备 、 历史趋势图、S O E 、信号有效跟踪及控制、查询打 印等功能。 T R I S T I O N 1 1 3 1 S o f t w are 软件的程序开发步骤 1 新建工程 p r o j e c t 2 库 函数导人 3 硬件组态 4 数据库建立 5 编写子程序、功能、功能块 5 程序调用 6 程序 编译 编程软件为开放环境 ，具有结构化程序设计 ， 程序可读性强，调试和维护方便 ，P L C 进行集中监 制 自动状态 ，能够满足工艺需求。 5 结语 本系统中，在满足对于现场设备支持的通信 协议的兼容性问题的前提下，采用安全可靠性较 高的三重化冗余容错P L C 控制器，使得复杂工况下 的防喘振控制方案得到很好的解决。该系统对于 大型 乙烯 、炼 油重大装 置 中的复杂工 况压缩机控 制系统 ，安 全可靠运行具 有重要意义 ，同时 ，能 够切实提 高压 缩机运行效 率 ，使得监控 与管理 自 动化成为可能，在压缩机防喘振控制系统应用上 具有重要意义 。 参考 文献 【 1 】 袁智， 林岩 ， 王海舰 ， 等． 矿用空压机智能联控及故障诊 断预警 系统研 究[ J 】 ． 机 电产品开发与创新 ， 2 0 1 2 ， 2 5 1 ． [ 2 】 梁慧斌 。 李学华． 西门- P L C 在空压机站智能控制 系统中 的应 用[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 2 ， 3 3 4 ． 【 3 】 刘长元． 防喘振控制系统调节阀提前打开探讨[ J ] ． 化工 自 动化及仪表， 1 9 9 7 ， 2 4 1 6 3 6 5 ． 作者简介张婉悦 1 9 7 7 一 ， 女， 硕士研究生 ， 高级工程师， 现在沈阳 鼓风机集团股份有限公司工作， 研究方向为压缩机及燃气轮机的控 制 。