循環(huán)氣壓縮機(jī)防喘振控制

1、循環(huán)氣壓縮機(jī)防喘振控制摘要：本文系統(tǒng)介紹TRICON系統(tǒng)在循環(huán)氣壓縮機(jī)機(jī)組防喘振控制的應(yīng)用及控制原理。重點(diǎn)介紹防喘振系統(tǒng)的功能模塊的構(gòu)建，同時(shí)簡(jiǎn)述機(jī)組運(yùn)行故障時(shí)的檢修方法與分析思路。關(guān)鍵詞定義：喘振機(jī)理 喘振線 防喘振控制 安全裕量 盤旋設(shè)定點(diǎn)1、前言：大型離心式壓縮機(jī)組由于其高效，經(jīng)濟(jì)，在現(xiàn)代企業(yè)中應(yīng)用廣泛，成為工藝連續(xù)運(yùn)行的“心臟”。但是由于其造價(jià)相對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)而言要高很多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，而且占用的空間大等缺點(diǎn)，對(duì)于工藝成熟的企業(yè)一般不設(shè)置備用機(jī)組。喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性，每一臺(tái)離心式壓縮機(jī)都有它一定的喘振區(qū)，因此只能采取相應(yīng)的防喘振調(diào)節(jié)方案以防止喘振的發(fā)生。本文以天利高新技術(shù)公

2、司醇酮廠的循環(huán)氣壓縮機(jī)C41101（SVK1-H型）為例，詳細(xì)介紹TRICON三重化控制系統(tǒng)如何構(gòu)建機(jī)組防喘振系統(tǒng)，并簡(jiǎn)述防喘振儀表常見故障的處理方法。2、離心式壓縮機(jī)喘振機(jī)理：離心式壓縮機(jī)的特性曲線與喘振 離心式壓縮機(jī)的特性曲線是指壓縮機(jī)的出口壓力與入口壓力之比(或稱壓縮比)與進(jìn)口體積流量之間的關(guān)系曲線P2/P1Q的關(guān)系，其壓縮比是指絕對(duì)壓力之比，特性曲線如圖所示： 圖2.1 離心式壓縮機(jī)喘振曲線由圖2.1可見,其特性曲線隨著轉(zhuǎn)速不同而上下移動(dòng)，組成一組特性曲線，而且每一條特性曲線都有一個(gè)最高點(diǎn)。如果把各條曲線最高點(diǎn)聯(lián)接起來得到一條表征喘振的極限曲線，如圖中虛線。所以，圖中還有陰影部分稱為喘

3、振(或飛動(dòng))區(qū)；在虛線的右側(cè)為正常工作區(qū)。實(shí)線與虛線之間是臨界區(qū)，壓縮機(jī)可以運(yùn)行，但太靠近喘振區(qū)，應(yīng)盡量避免長期工作。 圖2.2固定轉(zhuǎn)速機(jī)下的特性曲線 圖2.2是一條某一固定轉(zhuǎn)速機(jī)下的特性曲線,喘振時(shí)工作點(diǎn)由A-B-C-D-A反復(fù)迅速的突變。 喘振是一種危險(xiǎn)現(xiàn)象，發(fā)生喘振時(shí)，可發(fā)現(xiàn)在入口管線上的壓力表指針大幅度擺動(dòng)，流量指示儀表也發(fā)生大幅度的擺動(dòng).喘振現(xiàn)象會(huì)損壞壓縮機(jī)的各部件，軸承和密封也將受到嚴(yán)重?fù)p害，嚴(yán)重時(shí)造成軸向竄動(dòng)，甚至打碎葉輪，燒軸，使壓縮機(jī)遭受破壞。喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性，每一臺(tái)都有它一定的喘振區(qū)，因此只能采取相應(yīng)的防喘振調(diào)節(jié)方案以防喘振的發(fā)生。3、工藝流程簡(jiǎn)介： 醇酮裝置是

4、利用環(huán)己烷（C6H12）在鐵系催化劑的催化作用下與貧氧空氣（氧含量：10%）中的氧組分發(fā)生氧化反應(yīng)，生成環(huán)己醇（分子式：C6H11OOH）、環(huán)己酮（分子式：C6H10O）、還己基過氧化物（可分解為環(huán)己醇、環(huán)己酮）,前兩者合稱醇酮。另外，由于反應(yīng)溫度、氧氣含量的不同，會(huì)產(chǎn)生甲酸、二元酸等付產(chǎn)品。循環(huán)氣壓縮機(jī)組是用于反應(yīng)尾氣的重復(fù)利用，與來自新鮮空氣壓縮機(jī)C41102的新鮮空氣配制貧氧空氣（氧含量：10%）。循環(huán)氣機(jī)組部分的實(shí)時(shí)工藝流程如圖3.1，流程說明如下：4.5MPa中壓蒸汽自管網(wǎng)來，經(jīng)過減溫減壓后至4.1MPa，用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)（杭汽大陸產(chǎn)：B0.3-4.1/1.1型）C41101/2，蒸汽

5、凝結(jié)水直接排入地溝。汽輪機(jī)通過齒輪變速箱升速后驅(qū)動(dòng)貧氧空氣壓縮機(jī)C41101/1，使之達(dá)到18831r/min。經(jīng)過醇酮反應(yīng)器貧氧催化反應(yīng)消耗掉貧氧空氣中氧組分的尾氣，通過洗滌工藝后主要成分為氮?dú)猓∟2：95.52%），氧氣(O2:3.44%)、微量CO、CO2、環(huán)己烷蒸汽等。經(jīng)過貧氧空氣壓縮機(jī)入口氣液分離器分離出凝結(jié)液體后進(jìn)入壓縮機(jī)升壓，經(jīng)出口氣液分離后進(jìn)入氣氣混合器R41103，與來自新鮮空氣壓縮機(jī)的新鮮空氣混合調(diào)配成氧含量為不大于10%的貧氧空氣，送往醇酮反應(yīng)器進(jìn)行貧氧催化反應(yīng)。圖3.1 循環(huán)氣壓縮機(jī)簡(jiǎn)易工藝流程圖4、循環(huán)氣壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)的構(gòu)成：4.1、機(jī)組及控制系統(tǒng)概述：循環(huán)氣壓縮機(jī)

6、C41101是天利高新技術(shù)公司52500T/h醇酮生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備。循環(huán)氣壓縮機(jī)使用由沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的單級(jí)懸臂高速型離心壓縮機(jī)（SVK1-H），壓縮機(jī)入口壓力是高壓型。原動(dòng)機(jī)采用杭汽大陸生產(chǎn)的B0.3-4.1/1.1蒸汽輪機(jī)。壓縮機(jī)SVK1-H技術(shù)參數(shù)如下：正常質(zhì)量流量10441kg/h；軸功率：229kW； 原動(dòng)機(jī)功率：300kW；出口溫度：81.6； 入口溫度：28；出口壓力：2.1MPa； 入口壓力：1.6MPa；工作轉(zhuǎn)速：18831r/min；一階臨界轉(zhuǎn)速：8912r/min； 二階臨界轉(zhuǎn)速：40383r/min。 機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)采用三重化控制系統(tǒng)（軟件版本為：TriStatio

7、n 1131.4.1）作現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，用監(jiān)控軟件（INTOUCH 9.5）作上位監(jiān)控。4.2、循環(huán)氣壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)：4.2.1、 防喘振控制閥“快開慢關(guān)”。要求防喘振控制閥能夠平穩(wěn)調(diào)節(jié)，在異常工況時(shí)能夠快速打開4.2.2、 由于不能全范圍做喘振實(shí)驗(yàn)，理論計(jì)算不能絕對(duì)準(zhǔn)確，制作的喘振線采用插補(bǔ)運(yùn)算所得，所以需要設(shè)置一條防喘振控制線，使兩線之間有一定的安全裕量。4.2.3、 喘振控制器設(shè)置為隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其給定值通過盤旋給定控制器計(jì)算，實(shí)時(shí)跟蹤操作裕量；對(duì)于偏差的調(diào)節(jié)采用PI調(diào)節(jié)功能；根據(jù)偏差大小的范圍使用不同的PI控制參數(shù)，即要求PI控制有自適應(yīng)能力。4.2.4、 發(fā)生“喘振”后，

8、無論是否真實(shí)，為了防止機(jī)組再次達(dá)到喘振組態(tài)，設(shè)置累計(jì)安全裕量調(diào)整偏置；在確認(rèn)為虛假喘振后，可以對(duì)喘振計(jì)數(shù)器，安全裕量調(diào)整偏置復(fù)位。4.2.5、 在喘振控制器調(diào)節(jié)作用之前的異常工況，設(shè)置喘振超馳控制、過程超馳控制通過選高控制，阻止機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū)；當(dāng)以上控制產(chǎn)生效果前，設(shè)置獨(dú)立的跳車控制保護(hù)機(jī)組。4.2.6、 根據(jù)操作需要設(shè)置3種操作方式：自動(dòng)、半手動(dòng)（安全運(yùn)行）和全手動(dòng)控制。在機(jī)組停止?fàn)顟B(tài)時(shí)調(diào)試的需要設(shè)置實(shí)驗(yàn)方式。4.3、控制方案說明：4.3.1、 通常采用孔板、阿牛巴等測(cè)量元件測(cè)量差壓的方式測(cè)量壓縮機(jī)輸出流量。對(duì)于輸出的氣體體積流量，由于不同工況時(shí)溫度壓力不同，需要根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，進(jìn)行溫

9、度壓力補(bǔ)償，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，以滿足防喘振控制的需要。4.3.2、 根據(jù)機(jī)組喘振實(shí)驗(yàn)所得喘振點(diǎn)參數(shù)或根據(jù)機(jī)組生產(chǎn)廠方提供的喘振點(diǎn)（一般不大于5點(diǎn)）參數(shù)，采用插補(bǔ)運(yùn)算的方法，制作“壓比（y軸）出口流量（x軸）”喘振線。當(dāng)實(shí)際操作的工作點(diǎn)（實(shí)際操作壓比，實(shí)際操作流量）在喘振線的右邊時(shí)，機(jī)組處于安全工作區(qū)；當(dāng)實(shí)際操作的工作點(diǎn)因壓比、流量或出口溫度的變化導(dǎo)致向喘振線方向移動(dòng)，接近喘振線時(shí)，機(jī)組處于臨界喘振狀態(tài)；繼續(xù)朝喘振線的左邊移動(dòng)時(shí)，機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū)。4.3.3、 為了控制機(jī)組工作點(diǎn)在所以防喘振系統(tǒng)需要設(shè)置一條實(shí)際防喘振控制線（見圖4.1），與喘振線之間留有安全控制裕量，包括以下兩項(xiàng)：可以預(yù)

10、置的裕量偏差常量、喘振點(diǎn)的比率值。可以表達(dá)為下式： rSAFETY_OP=Constant Margin +Proportional MarginrSULIN/100其中： rSULIN為喘振線上的各喘振點(diǎn)；計(jì)算由功能塊SAFETY_MAR實(shí)現(xiàn)。 圖4.1防喘振控制線理論圖 圖4.2線間關(guān)系圖4.3.4、 機(jī)組在正常運(yùn)行過程中，不宜大幅度調(diào)整喘振閥門的開度，而且防喘振控制線與喘振線之間可以調(diào)節(jié)的空間小，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)一條盤旋線（見圖4.2），使之實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)組運(yùn)行工作點(diǎn)，并使實(shí)際工作點(diǎn)圍繞盤旋線小范圍（Hover Setting）調(diào)節(jié)。在本例中盤旋線與喘振控制線之間的裕量設(shè)置為1800Nm3/h。

11、盤旋給定功能由SP_HOVER功能塊實(shí)現(xiàn)：當(dāng)實(shí)際操作裕量大于盤旋點(diǎn)時(shí)，為實(shí)際操作裕量與盤旋點(diǎn)的差值；當(dāng)實(shí)際操作裕量開始減小時(shí)，功能塊的輸出以預(yù)設(shè)的速率減??；當(dāng)實(shí)際操作裕量不大于盤旋點(diǎn)時(shí)，以累計(jì)安全裕量做為功能塊的輸出。其輸出作為喘振控制器的給定值。4.3.5、 喘振控制器（PID_SRG）依據(jù)盤旋給定控制器輸出的設(shè)定值與實(shí)際操作裕量的偏差進(jìn)行PI控制運(yùn)算，得到的結(jié)果經(jīng)防喘振閥門控制源判斷去調(diào)節(jié)防喘振閥的開度，從而改變工況，使實(shí)際工作點(diǎn)穩(wěn)定在一個(gè)新的安全工況。由于盤旋設(shè)定功能塊（SP_HOVER）在實(shí)際操作裕量減小到時(shí)候，其輸出以設(shè)定點(diǎn)速率減小，對(duì)于喘振控制器而言，其給定值是動(dòng)態(tài)的。4.3.6、

12、喘振控制器（PID_SRG）的PI參數(shù)由適應(yīng)性調(diào)節(jié)參數(shù)功能塊（Adptv_Tn1）提供：當(dāng)設(shè)定值與實(shí)際操作裕量的差值大于設(shè)定范圍（PK_PT1），提供設(shè)定參數(shù)TUN1；當(dāng)實(shí)際操作裕量與設(shè)定值的差值大于設(shè)定范圍（PK_PT2），提供設(shè)定參數(shù)TUN2；當(dāng)差值在正常范圍內(nèi)或者功能塊被禁止時(shí)提供設(shè)定參數(shù)NORMAL。自適應(yīng)的PI控制參數(shù)有利于喘振控制器（PID_SRG）調(diào)整控制力度，使機(jī)組控制平穩(wěn)。4.3.7、 喘振超馳控制器（SRG_OVRD）是一個(gè)純比例的控制器，在壓縮機(jī)工作點(diǎn)移動(dòng)到喘振超馳控制線（喘振線與防喘振控制線之間，安全裕量的7%）開始動(dòng)作，逐漸打開防喘振控制閥。它是在喘振控制器（PID_

13、SRG）產(chǎn)生控制效果之前，快速將壓縮機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)拉回安全區(qū)。閥門控制方式選擇功能塊VALVE_SEL05的作用是實(shí)現(xiàn)喘振控制系統(tǒng)的3種操作方式，并在自動(dòng)控制、半手動(dòng)控制時(shí)選擇4.3.8、 跳車曲線功能塊(DUMP SOLENOID_FUNCTION)的作用是當(dāng)壓縮機(jī)實(shí)際操作裕量小于累計(jì)安全裕量的一個(gè)設(shè)定倍數(shù)（kDUMP,設(shè)置為小數(shù)）時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)跳車信號(hào)，使防喘振電磁閥失電，快速打開防喘振閥，防止機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū)。跳車曲線功能(DUMP SOLENOID_FUNCTION)也是機(jī)組防喘振系統(tǒng)的最后保障。4.4、防喘振控制過程簡(jiǎn)述（假設(shè)壓比不變，見圖4.3）： 當(dāng)壓縮機(jī)在實(shí)際的工況運(yùn)行時(shí)，如圖4.3

14、中的A點(diǎn)，盤旋設(shè)定點(diǎn)Av,跟蹤A點(diǎn)，喘振控制器輸出為0%，此時(shí)防喘振閥已經(jīng)全關(guān)。 當(dāng)壓縮機(jī)因?yàn)楣に囋颍瑢?shí)際工況到達(dá)圖4.3中的B點(diǎn)時(shí)，盤旋設(shè)定點(diǎn)從Av點(diǎn)以設(shè)定速率向Bv點(diǎn)靠近,同時(shí)喘振調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)增加,防喘振閥門逐漸開啟,出口流量增加,將實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)拉向A點(diǎn)方向到B點(diǎn)；直到Bv點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的左邊，防喘振調(diào)節(jié)器的輸出逐漸下降知道0%，此時(shí)防喘振閥已經(jīng)全關(guān)。此時(shí)壓縮機(jī)達(dá)到一個(gè)新的運(yùn)行點(diǎn)B點(diǎn)，盤旋設(shè)定點(diǎn)到達(dá)Bv點(diǎn)。當(dāng)壓縮機(jī)工作在A點(diǎn)時(shí)，工藝原因?qū)е鹿ぷ鼽c(diǎn)低于實(shí)際防喘振控制點(diǎn),如圖中Bv點(diǎn),如果不考慮系統(tǒng)反饋?zhàn)饔没蛘叻来裾{(diào)節(jié)起作用前，盤旋設(shè)定點(diǎn)以設(shè)定速率遞減到Bv點(diǎn)，但不會(huì)低于Bv點(diǎn)。 當(dāng)壓縮機(jī)工

15、作在A點(diǎn)，如果實(shí)際工況到達(dá)了C點(diǎn)，則盤旋設(shè)定點(diǎn)及時(shí)跟蹤到Cv點(diǎn)。 當(dāng)壓縮機(jī)工作在A點(diǎn)，工藝原因?qū)е逻\(yùn)行工作點(diǎn)穿越初始防喘振線，到達(dá)D點(diǎn)，喘振超馳開始以比例控制方式控制，保證工作點(diǎn)移動(dòng)到喘振線時(shí)，防喘振閥全開。 當(dāng)工作點(diǎn)移動(dòng)到E點(diǎn)時(shí)，只要不是在全手動(dòng)運(yùn)行模式，DUMP跳車功能動(dòng)作，直接驅(qū)動(dòng)防喘振電磁閥，使防喘振閥門全開，保證機(jī)組不進(jìn)入喘振區(qū)。圖4.3 壓縮機(jī)防喘振特性4.5、防喘振系統(tǒng)由下列單元構(gòu)成：循環(huán)氣壓縮機(jī)C41101出口壓力PI2152；循環(huán)氣壓縮機(jī)C41101出口流量FICSA2171；循環(huán)氣壓縮機(jī)C41101出口溫度TISA2104；防喘振執(zhí)行單元：防喘振電磁閥FSCV2171、防喘

16、振閥FCV2171；防喘振控制系統(tǒng)：TriStation 1131.4.1；上位監(jiān)控系統(tǒng)：INTOUCH 9.5。5、系統(tǒng)功能組態(tài)：5.1、模擬量輸入信號(hào)規(guī)格化及報(bào)警處理：出口壓力變送器PI2152、出口流量FICSA2171采用ROSEMOUNT 3051壓力變送器；輸出的420mA信號(hào)經(jīng)過安全柵、TRICON系統(tǒng)的輸入前置卡、進(jìn)入模擬量輸入卡，此實(shí)數(shù)型變量由模擬量輸入卡轉(zhuǎn)換為雙整型數(shù)（8194095），由主處理器調(diào)用進(jìn)行規(guī)格化處理，還原為實(shí)數(shù)，當(dāng)輸入量超限時(shí)，發(fā)出報(bào)錯(cuò)信號(hào)。邏輯組態(tài)如圖5.1（以PI2152為例）： 圖5.1 模擬量輸入信號(hào)規(guī)格化處理說明：RAWIN未經(jīng)處理的模擬輸入量，雙

17、整型； MinRaw最小輸入量，雙整型，（即輸入雙整型量下限，由系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型決定的值）； MaxRaw最大輸入量，雙整型，（即輸入雙整型量上限，由系統(tǒng)設(shè)計(jì)成型決定的值）； MinReal最小模擬量，實(shí)數(shù)型，（即工程單位的測(cè)量零點(diǎn)）； MaxReal最大模擬量，實(shí)數(shù)型，（即工程單位的測(cè)量量程）； FAILLO、FAILHI測(cè)量報(bào)錯(cuò)條件：低于FAILLO、高于FAILHI時(shí)，AI-FailAlm報(bào)錯(cuò)。AI_scale-經(jīng)過規(guī)格化處理后的實(shí)數(shù)型變量； ELO 布爾量 ，設(shè)置輸入超出范圍時(shí)，模塊輸出值（AI_scale）：當(dāng)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)條件時(shí)，如果ELO設(shè)置為0，則AI_scale為0%；如果ELO設(shè)置為

18、1，則AI_scale為100%。上圖（圖5.1）可以用下公式表示：循環(huán)氣壓縮機(jī)出口溫度TISA2104采用鉑電阻Pt100測(cè)量，采用魏德米勒架裝式溫度變送器轉(zhuǎn)換后直接進(jìn)入TRICON系統(tǒng)的輸入前置卡、進(jìn)入模擬量輸入卡。組態(tài)見圖5.2。圖5.2 出口溫度TISA2104模擬量輸入組態(tài)工程變量超限報(bào)警的組態(tài)以出口流量FICSA2171LL說明：圖5.3 循環(huán)氣壓縮機(jī)出口流量FICSA2171LL報(bào)警組態(tài) 經(jīng)過規(guī)格化處理的實(shí)數(shù)型變量aFICSA2171-PV與上位機(jī)通訊來到低低報(bào)警設(shè)定值kFICSA2171LL比較，比較結(jié)果為布爾量，存貯在內(nèi)存變量mFICSA2171LL。如圖5.3測(cè)量值小于給定

19、的低低報(bào)警值，此時(shí)輸出的mFICSA2171LL值為真。5.2、 氣體流量溫度壓力補(bǔ)償運(yùn)算：相同質(zhì)量流量在不同壓力下的氣體體積流量不同，需要依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積流量。圖5.4所示組態(tài)即表示了如下補(bǔ)償運(yùn)算公式：其中參數(shù)46852.35是依據(jù)已知設(shè)計(jì)溫度壓力條件由廠方計(jì)算出的常量。圖5.4 循環(huán)氣壓縮機(jī)出口流量溫壓補(bǔ)償組態(tài)5.3、喘振線的制作：由于機(jī)組喘振實(shí)驗(yàn)帶有一定的破壞性，機(jī)組生產(chǎn)廠方不進(jìn)行機(jī)組的喘振實(shí)驗(yàn)，一般采用作為機(jī)組的理論設(shè)計(jì)值制作喘振線，比如本例由沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)制作的天利高新技術(shù)公司的醇酮循環(huán)氣機(jī)組，就是采用的理論值；也有生產(chǎn)廠方現(xiàn)場(chǎng)喘振實(shí)驗(yàn)后得出實(shí)際的喘振

20、點(diǎn)，但是為了保護(hù)機(jī)組一般不愿意多做，如由陜西鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的天利高新技術(shù)公司硝酸裝置的四合一機(jī)組，就采用現(xiàn)場(chǎng)喘振實(shí)驗(yàn)得出喘振點(diǎn)，但是只做34點(diǎn)。圖5.5表述的是對(duì)應(yīng)出口壓力下的對(duì)應(yīng)出口流量點(diǎn)，即喘振曲線喘振線特征點(diǎn)賦值，用于在上位機(jī)INTOUCH組態(tài)喘振畫面的“壓力-流量”坐標(biāo)上制作喘振曲線，并作為系統(tǒng)防喘振運(yùn)算。本例中“SEL”塊有選擇腳“G”，當(dāng)G為0時(shí)選擇“IN0”賦值給輸出存儲(chǔ)器；當(dāng)G為1時(shí), 選擇“IN1”賦值給輸出存儲(chǔ)器。這樣，可以滿足機(jī)組在兩種不同工況運(yùn)行時(shí)的需要。由于醇酮循環(huán)氣壓縮機(jī)只有一種運(yùn)行工況，所以在下圖中設(shè)置所有塊的“IN0”與“IN1”相等。圖5.5 喘振線特征點(diǎn)賦值根

21、據(jù)圖5.5賦值結(jié)果在上位機(jī)INTOUCH上制作的喘振曲線實(shí)際抓圖見圖5.6，其中紅色曲線為喘振線；黃色曲線表示累計(jì)安全裕量為實(shí)際防喘振控制線；黃色線其下還有一條藍(lán)色的初始防喘振控制線，表示的是喘振控制線初始狀態(tài)。由于在安全裕量計(jì)算的模塊(SAFETY_MAR)的設(shè)置中，比率系數(shù)置為0所以初始防喘振控制線（藍(lán)色曲線）、實(shí)際防喘振控制線（黃色曲線）平行于紅色喘振線，綠色圓點(diǎn)表示的是機(jī)組實(shí)際工作點(diǎn)。當(dāng)每發(fā)生一次發(fā)生喘振后，在校正功能塊作用下，實(shí)際防喘振控制線（黃色曲線）右移，初始防喘振控制線（藍(lán)色）顯露出來。圖5.6 循環(huán)氣壓縮機(jī)防喘振控制抓圖5.4、實(shí)際工況喘振點(diǎn)計(jì)算喘振線功能塊“SRG_LINE

22、”的作用是確定實(shí)際壓比對(duì)應(yīng)于帶插補(bǔ)運(yùn)算的5點(diǎn)喘振線上的實(shí)際喘振點(diǎn)，即求出實(shí)際壓比下的喘振值（組態(tài)見圖5.8），當(dāng)流量低于該值時(shí)，機(jī)組發(fā)生喘振。由于循環(huán)氣壓縮機(jī)輸入壓力恒定，故不考慮其影響，只是采用機(jī)組出口的絕對(duì)壓力。插補(bǔ)運(yùn)算求最小流量的計(jì)算公式如下：（設(shè)PR_C出口壓力PI2152PR_D） C41101SRG_PT=(PI2152PR_C)/ (PR_DPR_C)(Hc_DHc_C)Hc_C喘振線特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5.7，喘振線特征點(diǎn)之間采用插補(bǔ)運(yùn)算。圖5.7 喘振線計(jì)算“SUB”功能塊計(jì)算實(shí)際出口流量與實(shí)際壓比對(duì)應(yīng)的喘振流量之間的差值，即壓縮機(jī)操作裕量(C41101r1MARGIN)，該值

23、在上位機(jī)INTOUCH畫面“防喘振控制”的“安全裕量”下顯示。“ADD”功能塊計(jì)算實(shí)際壓比對(duì)應(yīng)的喘振點(diǎn)流量與喘振PID控制器的給定值之和，即當(dāng)前工況下安全控制流量（C41101SP_Hov1）或者說是盤旋點(diǎn)。圖5.8 實(shí)際工況的操作裕量、最小控制流量計(jì)算5.5、安全裕量計(jì)算：累計(jì)安全裕量（C41102r1SAFETY-OP）包括基本喘振偏移量（C41101e1EBIAS：廠方提供的給定值，本例為240）、實(shí)際工況的比值偏移量（最小出口流量C41101r1SRG_PT比值PROP_MAR/100）以及喘振發(fā)生后的調(diào)整安全裕量偏移值之和。其中，前二者構(gòu)成“給定安全裕量（見圖5.9）。圖5.9 給定

24、安全裕量組態(tài)當(dāng)一個(gè)喘振事件發(fā)生后，需要及時(shí)調(diào)整防喘振的安全裕量。RECAL校準(zhǔn)功能模塊實(shí)現(xiàn)如下功能：每發(fā)生一次喘振，在操作安全裕量上疊加一個(gè)偏差值（kRCINC），以最大限度的安全裕量調(diào)整次數(shù)（kRCMAX）為上限；如果判斷非機(jī)組實(shí)際進(jìn)入喘振區(qū)發(fā)生的喘振，如對(duì)壓縮機(jī)出口流量、壓力、溫度等喘振儀表檢修前，未對(duì)模擬量輸入強(qiáng)制處理，就可能產(chǎn)生實(shí)際沒有發(fā)生的喘振事件，這時(shí)需要對(duì)操作喘振計(jì)數(shù)器、安全裕量復(fù)位。組態(tài)見圖5.10。 在壓縮機(jī)操作裕量(C41101r1MARGIN)小于0時(shí)，RECAL模塊判斷發(fā)生喘振，壓縮機(jī)在喘振標(biāo)志fINSUR變?yōu)門RUE(1)，此時(shí)喘振計(jì)數(shù)器增加計(jì)1次。在MARGIN小于

25、0時(shí)，總的安全裕量調(diào)整量與喘振計(jì)數(shù)器不能被REC_RESET復(fù)位清零。喘振計(jì)數(shù)器（SURGE_COUNT）的值在上位機(jī)“喘振次數(shù)”中顯示。 圖5.10 喘振事件發(fā)生后的調(diào)整操作裕量及喘振計(jì)數(shù)組態(tài)安全裕量計(jì)算功能塊（SAFETY_MAR）的各引腳說明：IO類型 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)類型 引腳功能IN MARGIN 實(shí)數(shù)型 當(dāng)前安全裕量IN REC_ENB 布爾型 復(fù)位調(diào)整允許IN kRCINC 實(shí)數(shù)型 單次調(diào)整偏差量（本例設(shè)置值為60） IN kRCMAX 實(shí)數(shù)型 最大調(diào)整次數(shù) OUT fINSUR 布爾型 壓縮機(jī)在喘振標(biāo)志 IN/OUT RECAL_AMT 實(shí)數(shù)型 總的安全裕量調(diào)整量 IN/OUT RE

26、C_RESET 布爾量 RECAL功能塊復(fù)位IN/OUT SURGE_COUNT 實(shí)數(shù)型 喘振計(jì)數(shù)器 IN/OUT RECAL_COUNT 實(shí)數(shù)型 喘振計(jì)數(shù)器復(fù)位IN rDT:GetDelta 實(shí)數(shù)型 脈沖信號(hào)發(fā)生器，提供秒級(jí)掃描周期。5.6、盤旋設(shè)定值計(jì)算：盤旋設(shè)定點(diǎn)（SP_HOVER）功能塊的功能：盤旋設(shè)定點(diǎn)強(qiáng)制喘振PID跟蹤壓縮機(jī)實(shí)際操作裕量。由于流量增加或者壓比改變當(dāng)操作點(diǎn)移動(dòng)離開控制線時(shí)，盤旋設(shè)定點(diǎn)立即跟隨；移動(dòng)到喘振曲線的右邊是暫時(shí)的盤，旋增量決定了退回喘振線方向。當(dāng)允許配置壓縮機(jī)工作點(diǎn)能夠趨向喘振線，允許盤旋設(shè)定功能（SP_HOVER）的輸出以設(shè)定速率跟蹤操作點(diǎn)。盤旋裕量（kHO

27、VER）： 指盤旋設(shè)定點(diǎn)跟蹤操作裕量的一段距離，可以看作它疊加在累積安全裕量上。盤旋增量(kHOV_INC)：是盤旋線設(shè)定點(diǎn)能夠移向喘振線的速率。這個(gè)設(shè)定是基于某臺(tái)壓縮機(jī)允許工作點(diǎn)趨向喘振線。如圖5.11所示：當(dāng)SP_HOVER功能塊的MARGIN即壓縮機(jī)操作裕量(C41101r1MARGIN)經(jīng)過除法運(yùn)算后，如果大于盤旋裕量（kHOVER），則其輸出101riSRG_SP_T等于兩者差值，經(jīng)乘法運(yùn)算后作為PID_SRG的設(shè)定值；如果MARGIN值小于盤旋裕量（kHOVER）值時(shí)，則選擇累計(jì)安全裕量（C41102r1SAFETY-OP）作為PID_SRG的設(shè)定值。壓縮機(jī)操作裕量(C41101r

28、1MARGIN)因?yàn)榱髁吭黾踊蛘邏罕雀淖?，?dǎo)致裕量增加時(shí)，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)趨向安全狀態(tài)，SP_HOVER功能塊的輸出立即跟蹤實(shí)際壓縮機(jī)操作裕量；當(dāng)操作裕量減小時(shí)，SP_HOVER功能塊的輸出以盤旋增量(kHOV_INC)給定的速率跟蹤實(shí)際壓縮機(jī)操作裕量。圖5.11 盤旋設(shè)定功能組態(tài)5.7、喘振PID控制器:喘振PID控制功能塊（PID_SRG）提供喘振PID控制功能，組態(tài)見圖5.12。喘振PID控制器的設(shè)定值（SP）來自盤旋控制器的輸出，測(cè)量值（PV）是實(shí)際操作裕量；控制器配置為反作用，控制參數(shù)包括：比例增益、積分。例如：一個(gè)設(shè)置為2，測(cè)量值有1%的增量變化時(shí)，輸出減量將到2%。積分作用的單位為r

29、eapeat/minute。如果積分常數(shù)增加，積分響應(yīng)速度更快。比例增益常數(shù)不影響積分作用。下列公式表示了喘振PID控制器的比例、積分作用：Output=GAIN(SPPV)Reset/60 (SPPV) ScanT（Sec） 圖5.12 喘振PID控制器組態(tài)5.8、適應(yīng)性調(diào)節(jié)參數(shù)：喘振控制器適應(yīng)性調(diào)節(jié)參數(shù)功能塊（ADPTV_TN1:ADAPTIVE TUNING_FUNCTION）:ADPTV_TN1模塊的功能：基于PID控制器提供3種不同的控制參數(shù)。對(duì)于ADPTV_TN1的3種輸出調(diào)節(jié)參數(shù)之間切換是界躍的，沒有斜率過渡?？刂茀?shù)選擇方案如圖5.13 ： 當(dāng)測(cè)量值小于BK_PT1時(shí)，輸出值為

30、TUNE_1；當(dāng)測(cè)量值介于BK_PT1與BK_PT2之間，輸出值為Normal；當(dāng)測(cè)量值大于BK_PT2時(shí)，輸出值為TUNE_2；如果允許關(guān)閉“適應(yīng)性調(diào)整參數(shù)功能”，則輸出為Normal。圖5.13 控制參數(shù)選擇方案以組態(tài)圖（圖5.14）的積分參數(shù)選擇組態(tài)為例：ADPTV_TN1模塊的測(cè)量值為操作裕量(C41101r1MARGIN)與設(shè)定值為喘振控制器的設(shè)定值SP（C41101r1SRG_SP）的差值大于BK_PT2，其選擇輸出的積分常數(shù)為5。圖5.14 適應(yīng)性控制參數(shù)選擇5.9、喘振超馳：喘振超馳功能塊SRG_OVRD（SURGE OVERRIDE_FUNCTION）的功能：壓縮機(jī)喘振在PI

31、D控制產(chǎn)生效果前，將保護(hù)壓縮機(jī)離開喘振工況。它是一個(gè)純比例功能，強(qiáng)制喘振閥打開，不受通常的比例積分控制器作用的約束。當(dāng)實(shí)際操作點(diǎn)到達(dá)控制線左邊即與喘振線之間指定一個(gè)裕量（即安全裕量的7%），喘振超馳功能開始打開喘振閥，就象操作點(diǎn)延伸到了喘振線一樣。喘振超馳功能保護(hù)壓縮機(jī)，即使喘振PID控制器已經(jīng)慢慢調(diào)好。如果一個(gè)安全裕量小于2%，而且喘振線已經(jīng)調(diào)整（對(duì)此功能而言）到維持2%的裕量，允許測(cè)試喘振線安全壓縮邊界并維持喘振超越保護(hù)。如果裕量從7%減少到0%，喘振超越輸出從0%打開到kSO_MAX指定的開度。圖5.15 喘振超馳控制原理圖5.16 喘振超馳功能組態(tài)SRG_OVRD02功能塊引腳說明：k

32、ISO_ENB：喘振超越使能，實(shí)數(shù)型；kISO_MAX：喘振超越輸出最大喘振閥開度，實(shí)數(shù)型。5.10、安全跳車功能：跳車曲線(DUMP SOLENOID_FUNCTION)功能塊的作用：產(chǎn)生一個(gè)跳車信號(hào)。DUMP_SOL功能塊在實(shí)際裕量小于跳車曲線，輸出置為“ON”。跳車線設(shè)置為累計(jì)安全裕量的倍數(shù)（置為小數(shù)），其值由kDUMP的值決定，在本例中的初始設(shè)置值為0.2倍。DUMP_SOL功能塊在實(shí)際裕量大于累計(jì)安全裕量或者DUMP_ENB標(biāo)志設(shè)置為“OFF”時(shí)，輸出置為“OFF”。跳車使能標(biāo)志(DUMP_ENB)標(biāo)志優(yōu)先與喘振使能標(biāo)志（SRG_ENB）。在全手動(dòng)控制時(shí)，跳車功能塊（DUMP_SOL

33、）的輸出被禁止。圖5.17 跳車曲線功能塊組態(tài)5.11、閥門控制方式選擇： 閥門控制方式選擇功能塊VALVE_SEL05（VALVE SELECT _ FUNCTION BLOCK）的主要作用是：選擇閥位控制信號(hào)傳送到閥。組態(tài)見圖5.19。詳細(xì)功能說明：閥門控制方式選擇功能塊工作時(shí)有三種操作模式：自動(dòng)，全手動(dòng)，半手動(dòng)（安全運(yùn)行模式）。如果“AUTO” 設(shè)定為1時(shí)是自動(dòng)模式，把 AUTO設(shè)定為0時(shí)是手動(dòng)模式；如果“FULL_AUTH”為1時(shí)，是全手動(dòng)操作模式，如果FULL_AUTH為0時(shí)，是半手動(dòng)操作模式。 當(dāng)SRG_ENB為0時(shí)，喘振控制器不工作，此時(shí)輸出到閥（VLV_DMD）值是100%，當(dāng)

34、喘振控制器第一次為1執(zhí)行喘振控制輸出時(shí),啟動(dòng)預(yù)設(shè)的初始化控制斜率參數(shù)會(huì)使喘振閥位緩慢變化，直至符合當(dāng)前壓縮機(jī)工況的狀態(tài)。初始化閥位的控制斜率由STRT_RMP（/秒）調(diào)整并且只在自動(dòng)和半手動(dòng)下有效。 喘振閥的開關(guān)速率是可預(yù)設(shè)置的。SLEW_OPEN是最大開閥速率（/秒），SLEW_CLSD是最大關(guān)閥速率（/秒）。SLEW_DB值是（回旋死區(qū)），而開關(guān)速率是在預(yù)設(shè)的回旋死區(qū)前產(chǎn)生控制輸出作用，使喘振閥開到任何一個(gè)方向的行程值。 在全自動(dòng)模式時(shí)，對(duì)喘振閥的最終控制輸出（VLV_DMD）是在：SRG_PID，SRG_OVRD和PROC_OVRD三者取大同時(shí)將開關(guān)速率控制輸出。閥位最大開度限制（MAX

35、_OUT）是用于限制閥位開度在設(shè)定范圍內(nèi)。過程超越PROC_OVRD可以設(shè)置成任何一個(gè)過程超越控制器，或者甚至是從另一個(gè)壓縮機(jī)的喘振控制器。SRG_PID和PROC_OVRD可以被限制在閥位反饋（VALVE_FB）的 3%以內(nèi)，而MAN_DMD可以設(shè)定為用來跟蹤閥位反饋VALVE_FB 。在本例中閥位反饋（VALVE_FB）腳連接的是對(duì)喘振閥的最終控制輸出（VLV_DMD）。在全手動(dòng)模式時(shí)，輸出到閥（VLV_DMD)信號(hào)是手動(dòng)開關(guān)閥門信號(hào)（MAN_DMD)，此時(shí)閥位最大開度限制（MAX_OUT）不起作用。SRG_PID 和 PROC_OVRD用來跟蹤VALVE_FB，當(dāng)喘振控制器非工作時(shí)，手動(dòng)

36、開關(guān)閥門信號(hào)MAN_DMD被初始化100%的控制輸出。在半手動(dòng)模式時(shí)，對(duì)防喘振閥的最終控制輸出（VLV_DMD）是在：MAN_DMD 、SRG_PID、SRG_OVRD和PROC_OVRD四者取最大值，同時(shí)將開關(guān)速率限制輸出變化率。閥位最大開度限制（MAX_OUT）起作用，MAX_ DMD是被限制在閥位開度范圍內(nèi)的。SRG_PID和PROC_OVRD可以被限制在閥位反饋（VALVE_FB）的3%以內(nèi)?？刂圃词芟迾?biāo)志用來顯示哪個(gè)控制源在控制防喘振閥，在自動(dòng)模式，假如喘振輸出是0%，只有PID圖標(biāo)是ON的。假如變送器故障（FAIL標(biāo)志）顯示為ON，控制器會(huì)設(shè)置到全手動(dòng)模式輸出（AUTO強(qiáng)制為0，但FULL_AUTH不變），MAN_DMD在STRT_RMP 斜率下緩變到FAIL_SAFE，如果此時(shí)手動(dòng)值比FAIL_SAFE大則也不會(huì)執(zhí)行動(dòng)作，相同的，如果控制器已經(jīng)打到全手動(dòng)，而且變送器故障顯示為ON時(shí)也不會(huì)執(zhí)行任何動(dòng)作。在本例中FAIL標(biāo)志被設(shè)置為常數(shù)“0”，即未考慮現(xiàn)場(chǎng)傳感器故障時(shí)，喘振系統(tǒng)不需要判斷和調(diào)整運(yùn)行。具體的選擇控制方案如圖5.18：圖5.