1压缩机组控制系统
1.1控制系统的目标
燃驱压缩机控制系统的主要目标为：按照调度指令，随时控制压缩机出口压力，使天然气按需增压、平稳供压，满足用户需求；提供机组阀门的控制和安全监视，保证各参数不超过安全极限值，确保人机安全；提供与机组有关仪表传感器的人机界面显示。在机组有效工作范围内，控制系统应能保证机组的被控制量按预先设定的规律变化，使机组安全、可靠、稳定地工作。同时，控制系统存贮和记录机组运行的重要参数，为分析运行质量和视情维修提供依据。
1.2控制对象的特点
燃驱压缩机组以燃气轮机作为动力，带动各压缩机的旋转；且其串接在管路中，对管路中的天然气进行增压。控制系统的控制对象是燃气轮机和压缩机，控制的介质是天然气。压缩机采用离心式压缩机，靠转子叶轮的型面特殊结构和一定的转速配合，达到增压的目的。压缩机的数学模型是一个带纯滞后环节的一阶惯性环节。燃气轮靠内部的压气机、燃烧系统、涡轮等的燃烧产生高温高压气流做功。空气在压气机中实现等熵压缩；在燃烧室中，空气与燃料混合，实现等压燃烧，产生高温高压燃气。该燃气在涡轮中实现等熵膨胀，产生的功一部分带动压气机旋转，一部分带动动力涡轮旋转做有效功。综合来看，燃压机组是一个多输入、多输出、多控制量的、复杂的时变动态系统，其数学模型为高阶微分方程，可简化为二阶微分方程，也含有纯滞后环节。
同时，燃压机组也是典型的高速、高温、高压设备，附加有振动、噪声、喘振、有磨损、腐蚀及各种干扰。因此，从控制角度看，本控制对象是多变量、非线性、复杂的定常系统，对控制模式要求较高。由于机组距离用户很远，负载的变化对干线压缩机影响不大。所以，对于干线压缩机而言，其对控制精度和快速性的要求较低，但是需要机组控制系统有很好的持久性和可靠性。
1.3控制系统的功能
燃驱压缩机组控制系统通过准备启动、清吹、点火、加速、暖机、加载、额定工况运行、减速、冷吹、停机及在线清洗、离线清洗等控制子程序实现不同的功能。按机组运行需要，对不同的参数，分不同的时间段，以不同的方式进行控制。在机组正常带负载工作的情况下，燃驱压缩机组可根据工作状态，自动选择燃气发生器转速控制，燃气发生器排气温度控制、启动控制、加速控制、减速控制、防冰控制，负载共享分配控制，正常停机和紧急停机的控制模式。
2控制系统软硬件介绍
西气东输一线部分燃驱压缩机组采用了GE公司开发的以SPEEDTRONICTMMARKVIe为中心的多余度、网络化的控制系统。
2.1控制系统的特点
MARKVIe控制系统具有极强的可扩展性，具有容错、综合诊断、远程I/O、在线模块修复等特点，可将故障识别到具体的点，降低了平均修复时间。同时，MARKVIe系统可以灵活配置，从现场一次仪表到系统电源、输入输出I/O包、路由器、控制器，都可以使用各种冗余组合。MARKVIe为用户提供了多种冗余选项，这些冗余机制可以任意组合，可以通过本地方式安装，也可以通过远程方式安装。它们可用以下冗余组合方式。单工模式：每组数据使用1个I/O包，对应1个I/O网络，使用1台控制器。双工冗余模式：每组数据可以由1个I/O包连接2个I/O网络，并使用2台控制器，实现控制器冗余配置；也可以由2个I/O包连接1个I/O网络，使用1台控制器，实现完全的信号采集与发送的双冗余；还可以使用3个I/O包输入输出一组数据，配置1个或2个控制器，实现从信号到控制的完全双冗余。三冗余模式：分为扇形和专用两种拓扑结构。扇形分布是指3个I/O网络紧密相连，互相协同工作，使用3台控制器；专用拓扑是指简单地把3个单工控制模式并联起来。对于长距离天然气管输而言，保证压缩机组的连续可靠运行*为重要。因此，西气东输一线的压缩机组使用的是三冗余扇形拓扑配置的MARKVIe控制系统。三冗余系统能保证在机组出现个别信号有误时，对故障信号进行三选二判断，在判断并确认是信号有误后，控制系统发出报警，机组继续工作，从而避免了误停机。这样能大大降低机组的平均维修时间（MTTR）和机组平均强制断电时间（MTBFO）。
2.2控制系统的硬件配置
和其他控制系统一样，MARKVIe控制系统也由人机界面（HMI）、通信网络、控制器和输入/输出模块4个基本单元组成。系统的通信网络从层次上可划分为输入输出网络（I/O网络）、设备数据网络（UDH）和站场数据网络（PDH）。I/O网络是控制器和I/O包之间的通信网络，它是一个100MB的以太网，适用于单工、双工冗余和三工冗余的配置，使用？以太网全局数据%（EGD）传输协议。I/O网络符合IEEE802.3国际通信标准，它有100Base？Tx（双绞线）和100Base？Fx（光纤）这2种，后者连接距离更长、噪声更低，且不受闪电和地面干扰。在网络拓扑结构上，控制器一端采用的是星形拓扑结构，控制器中间接路由器，尾端接I/O包。UDH是I/O网络和上位机间的通信网络，它也是100MB的以太网。PDH是工厂内部网与公司级网络间的通信网络。该网络符合TCP/IP传输协议。MARKVIe控制器是一个嵌入式平台，使用一个实时多任务的操作系统。在控制器采用TMR三冗余系统的情况下，每个控制器都连接一个I/O网络；同时，这3个控制器是相同的，都装有同样的程序。MARKVIeI/O模块由终端板、终端块和I/O包这3个基本部件组成，终端板安装在机柜上，有S型和T型2种。S型只能插接一个I/O包；T型接3个I/O包，可对3个I/O包的输出进行表决。不同的I/O包对应不同的终端板。I/O包有通用型和涡轮机专用型2种。通用型就是我们通常使用的模拟输入/输出和开关量输入/输出包；涡轮专用型是GE公司为了和涡轮上特定的传感器相配合而研发的，目的是增加大型压缩机组的可靠性，减少重点部位常见的单点故障。终端块是现场来的信号线与终端板间的连接端子。
2.3控制系统的软件配置
作为人机接口（HMI），上位机安装了ToolboxST和CIMPLICITYHMI这2个软件。ToolboxST软件进行控制方案的组态，并在日常维护中根据实际操作进行控制策略修改、参数调整、强制赋值、I/O包诊断、历史趋势分析等操作。该自动化组态维护软件带有很多模块库，可以提供通用功能块、数字功能块、宏（用户功能块）及涡轮专用功能块等。通过对功能块进行编程，可按设计要求进行逻辑组态，并经编译后下载至控制器和I/O包，控制器和I/O包会依据该控制组态进行压缩机组的自动控制。出于安全考虑，自动化组态维护软件设置了硬件加密狗，只有插上加密狗，才能打开软件。同时，为防止重要程序被篡改，软件还设计了多级密码保护。
CIMPLICITYHMI软件是操作者人机界面，具有工艺流程图组态、工艺操作、工艺状态监控、动态数据链接等功能。其中，CmiEdit为面向对象的程序，能创建和维护用户图形显示页面；CmiView为人机接口实时部分，它能够以图形格式显示进程信息；报警浏览器提供了警报管理功能，如按照优先级、单位、时间或源设备进行分类和过滤；趋势分析基于ActiveX技术，能帮助用户进行趋势分析。
3结束语
西气东输一线使用GE压缩机组的压气站自投用以来，累计输送天然气数百亿立方米，为我国长江三角洲地区经济发展作出了巨献.MARKVIe控制系统运行稳定，保障了压气站压缩机组安全、平稳运行。但该控制系统也存在着压缩机本体的一些传感器故障率较高、控制数据点数过大等缺点。不过随着GE公司对系统的不断改进和维护人员水平的提高，相信该燃驱机组会更加安全、稳定，为西气东输管网的整体稳定性作出贡献。
新闻中心