防喘振控制的开发与使用

　　控制系统为TR ICONEX公司的ITCC（透平-压缩机综合控制系统）TS3000系统，实现透平控制以及压缩机的控制和状态监测。主控制器为T ri dent系统，该系统为TMR三重化冗于模件。每一个I/O模件内都包容有3个独立的分电路，输入模件上的每一分电路读取过程数据并将这些信息传送给它相应的主处理器。3个主处理器通过一个专用的TriBus高速总线系统通讯。三重化冗于保证了设备的容错能力，并且能在原部件出现硬件故障或者来自内、外部瞬态故障的情况下提供完好的不间断控制，系统有很高的可靠性和稳定性。

　　1 1 TRIDENT系统特点该系统是一种具有高容错能力的可编程控制器及过程控制技术。容错是其*重要的特性，它可以在线识别瞬态和稳态的故障并进行适当的修正。容错技术提高了控制器的安全能力和可用性，使过程得到控制。此系统由3个安全相同的系统通道组成（电源模件除外，该模件是双重冗余的）。每个系统通道独立地执行控制程序，并与其它两个通道并行工作。硬件表决机制则对所有来自现场的数字式输入和输出进行表决和诊断，模拟输入则进行取中值的处理。因为每一个分电路都是和其它两个隔离的，任一分电路内的任何一个故障都不会传递给其它两个分电路。对于各个分电路、各模件和各功能电路广泛的诊断工作能够及时地探查到运行中的故障，并进行指示或报警。诊断还可以把有关故障的信息存储在系统变量内。在发现有故障时，操作员可以利用诊断信息以修改控制动作，或者指导其维护过程。从用户的观点看，使用是简单的，因为此三重系统工作起来和一个控制系统一样。用户将传感器或执行机构连接到一路接线端上，并且应用一组逻辑为Trident编程。其余的事都由Trident自行管理。维修工作，包括拆卸和更换有分电路故障的故障模件都可以在线情况下进行，而不中断过程控制（在有热备卡件的情况下，并确认热备卡件处于工作状态，方可进行）。

　　1 2系统软件组成系统编程软件Tristation1131，利用功能块FBD语言编写程序。通过编制相应的程序完成模拟量处理运算，顺序控制逻辑，控制算法等任务。上位监控软件为INTOUCH，实现现场采集的数据的显示、监控功能，实现对现场执行机构的操作。1131通过DDE（动态数据连接）程序，实现与上位监控软件的数据连接。

　　2压缩机防喘振控制方案由于离心压缩机本身固有的特性，当压缩机的入口流量小于某一流量Q m in时，压缩机气体流量和排气压力周期性地低频率、大振幅地波动，引起机器的强烈振动，这种现象为压缩机的喘振。当喘振发生比较严重时压缩机入口流量减小，排气压力减小，如果管网容积较大，压力不能迅速减小，此时排气压力小于管网压力，管网气体倒流回压缩机，直到管网压力小于排气压力，压缩机继续排气；当小于管网压力时又会出现倒流，如此周而复始的，伴有剧烈的振动，对压缩机的设备损害很大。喘振发生时，排出压力大幅度脉动，气体忽进忽出，出现周期性的吼声以及机器的强烈振动。如不及时采取措施加以解决，压缩机的轴承及密封将遭到破坏，严重时甚至发生转子与固定元件相互碰擦，造成恶性事故。

　　2 1防喘振的固定极限流量法和可变极限流量法为了压缩机稳定运行，避免压缩机在喘振极限流量下工作，防止压缩机喘振采取的方法称为防喘振控制。一般根据压缩机不同工况下的性能曲线，将喘振极限流量各个点连成一条曲线，这条曲线称为喘振线，将喘振线向右移动5% 10%，生成防喘振线。实际运行中压缩机操作点在防喘振线的右边，防止压缩机喘振的发生。压缩机防喘振一般都是通过出口回流入口的方法来实现的，将压缩机的出口流量通过防喘振阀回流到压缩机的入口，由此保证压缩机足够大的入口流量。目前一般采用两种防喘振控制方法，就是固定极限流量法与可变极限流量法。

　　固定极限流量法是压缩机的流量始终保持大于*大转速下喘振点的流量值Q极，当流量小于Q极时，防喘振阀门打开。但是它的缺点是在转速降低，压缩机在低负荷运行时，极限流量的裕量显得过大而造成能量浪费大，优点是实现简单。在目前实际应用中很少用到。可变极限流量法，压缩机的负荷随着转速的变化而发生变化，在不同转速下，喘振极限流量为不同值。

　　2 2通用性能曲线控制法随着技术的不断进步各种工业控制器也得到了迅速的发展，具备了更强大的数据处理能力和更加丰富的功能。使得比较复杂的控制理论能够转化为实际工程方案。大量优秀的PLC、DCS的出现使防喘振控制的实现更加简单、精确适用。通用性能曲线控制法原理如下：根据相似原理，当离心式压缩机在不同转速及周围介质的温度和压力变化的条件下工作时，如果能保持工况相似，即保持马赫数、流量系数、绝热指数k值不变，则压缩机的压力比、效率则会保持不变。

　　3 TS3000防喘振控制分析TRICONEX的TS3000系统压缩机防喘振控制，有自己专门的控制功能模块，用于压缩机喘振曲线的绘制，压缩机操作点的计算、压缩机安全操作边际的计算与调整。控制器根据压缩机入口流量、入口压力、出口压力3参数动态防喘振控制算法进行压缩机防喘振控制，这种方法不会因进气的温度、压力及分子量等的变化而对喘振控制产生影响。原理与压缩机通用性能曲线控制法相似。

　　3 1利用TRICON防喘振扩展功能模块画出防喘振曲线基于以上原理，利用Trident防喘振扩展功能模块SRG _LINE模块可画出压缩机的喘振线，根据压缩压缩机不同工况下的P s、P d、h s，将以上数据分别设置在压缩机喘振控制线模块的相应输入点，即可以通过模块内部计算画出喘振线。喘振线右移10%的裕度，可自动生成防喘振曲线，同时计算出喘振操作点。该压缩机为多级两段式压缩机，压缩机的防喘振分为一段防喘振和二段防喘振，由于两段防止喘振的原理相同，采用的是相同的控制算法和功能模块，所以就以一段防喘振来说明。

　　计算出压缩机喘振点和入口流量后，可根据TRICON专用模块计算出压缩机的实际操作边际。

　　并且根据工况适时调整压缩机的安全边际，来调整压缩机的操作点，使压缩机始终在一个安全的区域运行。接近或者发生喘振时，程序会采取相应的措施。通过T rident专用防喘振模块进行防喘振控制，使防喘振操作实现如下功能：（1）当喘振发生后防喘振线每次增加2%生成喘振下移线，成为新的防喘振线。当工况稳定脱离喘振区后，可按复位按钮，取消喘振下移线，恢复原防喘振线。随工况移动的工作点，指示出现在的工作点与防喘振线的距离。

　　（2）比例功能：系统中有一个独立的比例项，它可强制防喘振阀打开，其作用与常规PI调节器之间相互独立。当操作点工作在喘振控制线的左侧时，比例项在喘振控制线左侧的实际操作边际某一设定区域内开始打开防喘振阀。本系统设置为0 7，喘振线与防喘振线之间距离为0% 100%，当工作点距离喘振线70%时防喘振阀开始打开，当工作点到喘振线时比例输出为100%，防喘振阀打开。

　　（3）手动、半自动、自动功能。自动方式下，喘振控制输出为自动控制输出（其值为PID输出与比例输出高选值）；在手动方式下，输出阀位由操作员在HM I手动输出上给出。

　　当在部分手动状态下，手动控制值与喘振控制输出值选高值决定喘振阀的开度。

　　（4）设定点徘徊功能，设定点徘徊强制喘振PID控制跟踪压缩机的操作边际。当操作点随着流量的增加或者压比的改变远离喘振控制线时，使操作点迅速移动到喘振线的右边，当压缩机以一定速度接近喘振线时控制器立即跟踪操作点。其输出作为PID模块的设定值。

　　（5）喘振PID控制。喘振控制器的设定点来自于设定点徘徊功能块，测量值为实际操作边际，控制器执行反作用。控制器参数由增益和积分组成，在测量中增益增加1%或者2%，控制器将减少2%.如果积分参数增加，则积分响应变的更快，增益变量不影响积分行为。增益和积分分别通过两个自适应翻转模块ADPTV_TN1作为输入的。

　　将下位的程序模块和上位监控画面动态连接起来，就画出了压缩机的喘振线和防喘振线以及压缩机的实际操作点，同时在监控画面设置压缩机喘振标志。当气压机没有在喘振区域工作时，喘振标志为绿色，当气压机工作在喘振区域时，喘振标志给红色。

　　3 2压缩机防喘振阀动作分析压缩机防喘振的关键是根据设备适时运行数据计算出相应的喘振点，同时采用先进的控制程序预测喘振的发生。使压缩机运行在一个安全的区域内，并适时跟踪，不断地对操作点进行修正，使机组在安全的区域内运行。防喘振阀的工作是至关重要的，因为它是确保压缩机避免喘振发生的直接执行装置。

　　压缩机一段运行状态时的喘振阀位输出与压缩机二段运行状态时的喘振阀位输出，通过GT功能块比较哪一个输出高，再利用一个选择模块，由选择模块决定输出高的阀位到现场防喘振阀FIC6620.如果r1VLV _DM D大于r1VLV_DMD _1，比较输出为1，SEL选择模块选择输出r1VLV_DMD；如果r1VLV _DMD小于r1VLV _DMD _1，比较输出为0，SEL选择模块输出r1VLV _DM D_1，然后通过一个模拟量处理模块输出到现场防喘振阀FIC6620控制防喘振阀动作。

　　防喘振阀为气关阀，事故状态通过联锁自保电磁阀切断气源，使防喘振阀打开。程序通过一个RS触发器以及一些与或逻辑来实现，以下变量（r1DUM P压缩机一段比例项目使能，mTR IP上位监控界面停机信号，LA7现场紧急停机按钮，TRIP _ DCS为DCS跳车信号，TRIP_S IS为ESD急停按钮，r1DUM P1压缩机二段比例项目使能）任何一个发出信号都可以置位RS触发器，使防喘振电磁阀失电，强制防喘振阀全开。防止喘振阀联锁动作后只有在以上条件都不具备的条件下，利用手动复位或者按复位按钮，才能使联锁电磁阀重新带电。

　　4结束语本项目以TS3000为基本控制单元，采用T rident控制器，实现压缩机的调速控制，状态监测，压缩机防喘振控制以及压缩机辅助设备控制和整个延迟焦化装置的ESD功能。具有良好的可靠性，可避免由于系统单点故障引起的停机，丰富的功能模块，可实现复杂的算法和强大的控制功能。各部分采用同一系统有很好的协调性，优良的操作界面，同时可以和DCS通讯，实现数据的共享。单单对压缩机防喘振系统而言，能够很好的预测喘振的发生，适时的调整喘振控制线和喘振操作点，当喘振发生时通过程序及时的采取措施使防喘振阀动作，可有效的避免压缩机喘振的发生，防止压缩机在恶劣工况下运行。

　　该系统运行至今，压缩机没有发生过非计划、非人为停工，运行状况良好，操作和维护简单，有很好的可靠性，取得了很好的经济效益，是机组长期安全稳定运行的保证。