对于氨压缩设施的防振操控体系探究

　　1防喘振控制系统方案

　　防喘振的原理是将氨压缩机6级出口的气氨通过回流阀FCV - 101返回到压缩机入口。

　　防喘振控制系统（ FIC- 101 ）采用出口流量测法。由于压缩机是电机驱动，转速恒定，因此采用固定极限流量法防喘振。又由于氨压缩机的技术性能对入口压力有一定的要求，且考虑到系统供给压缩机的氨量可能会发生供量不足而导致喘振，因此压缩机入口压力作为一个重要参数接入FIC- 101，与出口流量一起，同时作为受控参数。

　　入口压力与出口流量分别进入PID1和PID2，与各自的给定值进行PI运算。两个PID的输出信号经低值选择器（ LES ）选择低的一个信号作为控制器的输出控制调节阀的开度。

　　两个PID都是正作用。当入口压力或出口流量降低，对应的PID的输出就会减小。由于低值选择器的存在，所以控制器的输出必定是两个PID中信号低的一个。因此，无论哪一个信号降低，或两个信号同时降低，总是低的一个作为控制器输出，把调节阀打开，气氨从6级出口回流到入口，使入口压力和出口流量增加。这样就实现了一台控制器控制两个参数的目的。

　　控制系统设计的基本控制过程是：当控制器处于A（自动）方式运行时，对入口压力仅是一个常规PI控制，而对出口流量则根据不同情况采取不同的控制算法。当出口流量低于喘振给定线、高于喘振安全线时，控制器以PI规律运算结果去控制调节阀，此时调节阀的变化速度由PI参数决定。当出口流量低于喘振安全线、但高于喘振极限线时，控制器自动以每分钟10%的速度打开调节阀，直至出口流量回升至大于喘振安全线为止。

　　2 2防喘振控制系统功能

　　2 2 1喘振流量计算

　　由于喘振流量与出口压力有关，而出口压力又并非是一个固定值，若由人工不停地根据出口压力计算出喘振流量再设定仪表的喘振给定，这是绝对办不到的事情。而若固定一个极限流量值作为喘振给定，但设置过高，易造成调节阀误打开，若设置过低，对压缩机起不到保护作用，因而无法兼顾设备安全与节能的矛盾。因此，必须采用由仪表自动计算并自动设置喘振给定的方式。

　　2 2 2出口流量补偿计算

　　组态程序没有使用KAM控制器输入处理中的温度、压力补偿功能，而是使用几个运算模块来完成补偿运算。

　　2 2 3非线性输出处理功能

　　防喘振控制系统要求（调节阀）具备快开慢关特性。

　　使用变化率限幅模块（ DRL）对PID的输出信号的正向变化（即输出增加）的速度进行限制，亦即限制调节阀关闭的速度，而对PID的输出信号的负向变化则不限制。这样就实现了调节阀快开慢关。

　　2 2 4安全保护功能

　　a当出口流量小于喘振线，或出口压力大于（满量程的） 62 5%时，并且控制器处于自动运行方式，按下控制器的M SW手动切换按钮，控制器的输出瞬时为0 0% ，即调节阀全开，同时控制器自动转为手动方式运行。

　　本系统使用的是KAM可编程序控制器，图中的MAN运算式与KMM的MAN运算不同，它增加了两个输入端子P1和P2，在保持原有算法不变的基础上，增加了如下算法：当P2端信号为ON时， MAN运算式的输出等于P1端的信号。由于P1端信号为0 0%，因此，当P2端信号为ON时，控制器的输出也就立即为0 0%.

　　b对进入PID1的喘振给定信号进行变化率单向限幅。

　　当出口压力升高而导致喘振曲线右移时，为了防止压缩机进入喘振区，此时PID应快速作出反应，因此对喘振给定的正向变化率不进行限制；当喘振给定下降时，即相当于喘振给定不变而是流量上升，控制器的输出必然会增加，为了防止调节阀关闭过快而导致流量又下降又进入喘振区，因此对喘振给定的负向变化率进行限制。

　　3控制方案存在的缺陷

　　3 1存在安全隐患

　　控制系统的控制过程如前所述，在出口流量大于FA时，控制器的输出以P、I规律变化；小于FA时，以每秒钟减少10%的速度变化；小于喘振线时，按下M按钮，控制器的输出瞬时0 0%.但是，必须在自动方式时才具备以上功能。在手动时，无论出口流量低到何种程度，均只能手动调节。这样的设计是极不合理的。若工艺人员因疏忽而未投自动，或因某种原因转为手动（比如用手动调节出口压力），当工况出现扰动而工艺人员未及时调整，将对压缩机的安全构成极大的威胁。

　　对于防喘振这种特殊的控制系统，由于KAM可编程序调节器很先进又可以很容易实现的情况下，应当设计为不论控制器处于何种运行方式，也应当对压缩机的安全起到可靠的保护作用。

　　3 2不具备真正的快开慢关特性

　　如2 2 3节所述的非线性输出处理功能，实际上仅限于PID于MAN运算式之间。在手动方式运行时，由于输出信号的变化与PID无关，而是由手动增、减按钮直接作用于MAN运算式，而MAN运算式与控制器输出之间又未连接变化率限幅运算式，因而在手动方式运行时，输出变化快慢的速度全靠工艺操作人员掌握，这给工艺操作带来一定难度。

　　对于以上所述控制方案存在的缺陷，鉴于与日本专家的沟通较难，且出于对原设计的尊重，同时由于重新设计、组态、报告、论证、审核、批复的工作量巨大，因此暂时未作修改。

　　4用户组态程序存在的错误及更改方法

　　控制系统选用山武霍尼威尔公司较之KMM更为先进的KAM可编程序控制器。可能是对运算式的使用原则不清楚，同时缺乏组态的技巧，以至于组态出错。

　　4 1控制类型出错

　　控制类型3为2个PID远方型，有4种运行方式，在此不讨论FOLLOW （跟踪）方式，其算法规则是：手动时， 2个PID均停止运算，控制器输出由仪表面板上的手动增、减按钮来更改；两个指针指示的内容是PID2的SP2和PV2 （即入口压力）。

　　自动时， PID1停止运算，控制器输出为PID2的运算结果， PID2为本机给定（即由仪表面板上的SP增、减按钮来设定）；两个指针指示的内容同样是PID2的SP2和PV2.

　　只有在串级时， PID1和PID2才同时运算，PID1为本机给定， PID2为远方给定；两个指针指示的内容才是PID1的SP1和PV1 （即出口流量）。由于2个PID没有按经典的方式连接，因而控制器的输出为2个PID中输出低的一个。

　　我们知道，引起压缩机喘振的**原因就是出口流量低。在这套系统中，出口流量显然比入口压力重要得多。但按的连接，只有控制系统运行在串级方式时，仪表指针才指示出口流量，同时也才进行流量控制，亦即防喘振控制。

　　而在手动和自动时，仪表均指示入口压力，进行入口压力自动控制。这样设计显然不合理。

　　更为致命的错误是：a.除了在串级时， PID2可以是远方给定外，其余方式时， PID均只能本机给定。因此，如中两个PID的H1端连接的给定信号均进不了PID （实验发现PID的给定是一个随机数）。

　　b由于MOD运算式的P2端（串级置位端）为固定的OFF信号，注定系统永远不能进入串级方式运行；同时由P1端（自动置位端）的连接亦可知，按下A或C键均进入自动方式运行。就是说，这样的组态，系统只能在自动和手动之间切换，根本进不了串级方式，只是一个单纯的入口压力控制系统。

　　更改方案：a把控制类型改为2.其算法是，手动时，同控制类型3；自动时， 2个PID均进行运算处理， PID1为本机给定， PID2为外给定；没有串级方式。无论自动或手动，仪表均指示SP1和PV 1，即指示出口流量和喘振给定。

　　b去掉两个PID的P1 （ SP）端的连接信号，增加两个PID参数更改运算式PMD1和PMD2，进行如所示的连接。由MOD运算式的运算规则可知，当其P1端的数字信号为ON时，其输出端（实际并无输出）指定的PID参数被连续更改，其值为H1端所接的信号。而组态图中两个PMD的H 1端所接的信号分别为喘振给定信号和入口压力给定信号，被连续更改的PID参数指定为EP15 （即PID的给定）。这样就解决了给定值自动设定的问题。

　　4 2可变参数设置错误

　　组态是限制PID输出的正向变化率，以实现调节阀慢关的功能。而原组态图设置为600%（即每分钟变化量限制在600% ），根本没起到限幅作用。

　　我们改为200%.

　　DRL的使用规则规定， P2端连接的百分型运算数据应为负值，否则负向变化信号将被完全限制。但DRL的P2端连接的均为正值，按规则是DRL的输出只增加不减少，其结果*终导致PID1的SP1和输出到MAN运算式的信号（亦即控制器的输出）保持历史上的*高值。

　　SP1保持历史上*高值的后果会引起调节阀误打开；而控制器的输出只关不开，则无论出口流量发生了怎样的变化，控制器的输出都不减少，给压缩机的安全构成威胁。

　　实验的结果完全如上所述。

　　解决方案是把两个DRL的P1端的可变参数改为负值。

　　4 3喘振线计算引用数据错误

　　进行喘振线计算时， （ 3）式：Q = X 2 0 708+ 0 072（见2 2 1）是依据出口流量范围为0 13500kg/h推导出来的结果。但是，日方提供的孔板计算书给出的数据是0 15000kg/h，对应的差压范围为0 25kPa.

　　在公式的推导中，因为流量的量程上限是作为分母，所以计算结果变大，亦即喘振线被右移了。

　　介于正常流量为10493kg/h，对于上限为13500kg/h的量程范围也还可行。同时为了免去重新组态的工作，我们解决的方案是以13500kg/h为量程上限，重新计算变送器的差压。

　　P= 20 5kPa即，差压变送器测量范围改为0 20 5kPa，对应的流量测量范围既满足喘振计算时引用的数据。

　　4 4流量补偿组态模块及参数设置错误

　　依据（ 3）式Q= 1 667 X 2 + 0 068 X 1 0 537 X 3 + 0 734（ 4）如果将此组态图的运算处理过程列出算式，则算式为：U004= 0 537 X 2 + 0 734+ X 1 1 667 X 1 + 0 068（ 5）将式（ 4）与式（ 5）进行比较，有两处出错。

　　5结束语

　　虽然对用户组态程序进行了可以说是改头换面的修改，使系统可以正常运行了，但是，由于诸多原因，这些修改都是仅以系统能够运行为基础的改错式作业，系统存在的问题还很多，还有大量的工作要做。首先是控制方案有待改进，使其既合理，又符合工艺人员的操作习惯。其次是用户组态程序还须完善。KAM可编程序控制器功能强大，内存容量大，组态灵活，给我们提供了升级FIC- 101防喘振控制系统控制性能和增强保护功能的硬件基础。借鉴我们现有4套防喘振控制系统的经验，充分利用KAM可编程序控制器的硬件和软件资源，相信未来的FIC- 101防喘振控制系统将是离心式氨压缩机尽善尽美的安全保护神。