屈長衡

應(yīng)用可變極限防喘振的控制過程，是動態(tài)控制過程，使極限流量根據(jù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化的一種控制方式。采用了力控組態(tài)軟件作為防喘振控制系統(tǒng)的控制方式，以合成氨裝置壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象，對壓縮機(jī)可變極限流量法防喘振控制法進(jìn)行了設(shè)計(jì)[1]。

傳統(tǒng)防喘振控制系統(tǒng)根據(jù)壓縮機(jī)的性能曲線，通過自動控制，把壓縮機(jī)的最小流量控制在“控制線內(nèi)”，防止喘振現(xiàn)象發(fā)生。傳統(tǒng)的防喘振方法一般采用傳統(tǒng)的“固定流量防喘振控制系統(tǒng)”，這種控制方法的缺點(diǎn)是不能充分使輸氣壓縮機(jī)工作在其工作區(qū)內(nèi)，頻繁啟動防喘閥（放空閥）浪費(fèi)了能源，降低了輸氣的經(jīng)濟(jì)性[2]。

力控組態(tài)軟件可以在較多的系統(tǒng)軟件環(huán)境下運(yùn)行，從Windows98系統(tǒng)直到最新版本的Windows操作系統(tǒng)都可穩(wěn)定運(yùn)行，同時在Windows CE和DOS等嵌入式系統(tǒng)中，控制功能軟件模塊中也可以穩(wěn)定運(yùn)行，特別是在監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量較少的情況下，只要在監(jiān)控組態(tài)軟件中進(jìn)行一些簡單的組態(tài)工作，就會完成所需要的控制功能設(shè)置。廣泛的應(yīng)用環(huán)境，使得力控組態(tài)軟件在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛使用。力控組態(tài)軟件與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相比較而言，不僅具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，而且在連接方式上可采用軟連接，顯示樣式靈活，畫面豐富多彩，更改控制方案也更加容易。針對各種惡劣環(huán)境和危險場景，控制比較分散，各種控制功能都比較完善，容易滿足工程實(shí)際的技術(shù)要求，為管理者提供較大方便。

1 硬件設(shè)計(jì)部分

應(yīng)用可變極限防喘振DCS控制系統(tǒng)，對合成氨生產(chǎn)裝置的喘振狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，事先對生產(chǎn)裝置進(jìn)行設(shè)定，設(shè)置安全停車工況后，大大降低了危險發(fā)生的可能性，這樣就可以最大程度地保證人員、設(shè)備以及各種裝置的安全性。DCS保護(hù)裝置主要適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續(xù)危險隱患的安全保護(hù)系統(tǒng)，為了確保系統(tǒng)的整體性，保證機(jī)組控制實(shí)施安全可靠，此次設(shè)計(jì)還采用了雙重化的控制系統(tǒng)，提高實(shí)際應(yīng)用的穩(wěn)定可靠程度。

2 DCS控制設(shè)計(jì)部分

在整個系統(tǒng)中首先設(shè)置了防止喘振的控制調(diào)節(jié)器，數(shù)量為兩個，對調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)定時令其中一個始終處于“自動”狀態(tài)，這樣能夠確保壓縮機(jī)一直處于受保護(hù)狀態(tài)，防止因意外喘振處理不當(dāng)，用來打開放空閥門。另外一個防止喘振的控制調(diào)節(jié)器的輸出端，經(jīng)過“低選”后送往放空閥門，同樣處于“自動”狀態(tài)的輸出也經(jīng)過“低選”后送往放空閥門，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制與手動控制相結(jié)合。另外通過設(shè)置超馳控制器，實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)快速轉(zhuǎn)換。通過對壓縮機(jī)設(shè)置速度控制器，可以有效按照壓縮機(jī)進(jìn)口、出口的壓力差進(jìn)行壓力補(bǔ)償，對風(fēng)速進(jìn)行控制。以上設(shè)計(jì)都是為了得到壓縮機(jī)的預(yù)期性能曲線。

3 軟件設(shè)計(jì)方面

DCS力控組態(tài)軟件的基本控制原理是通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理并實(shí)現(xiàn)I/O直接數(shù)字控制的控制方式，可以實(shí)現(xiàn)對分散控制對象信息的集中管理、集中處理，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。DCS系統(tǒng)的組成中，I/O板用于實(shí)現(xiàn)A/D或D/A轉(zhuǎn)換，控制器主要功能是完成PID運(yùn)算實(shí)現(xiàn)控制功能，DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要任務(wù)是實(shí)時傳輸產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，并且在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)字控制，可以使用“一用一備”的設(shè)計(jì)思路，在DCS系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)置一個I/O控制站，既可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，又可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制功能，優(yōu)化整個控制系統(tǒng)的性能。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是對現(xiàn)場組態(tài)工作狀態(tài)進(jìn)行控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場DCS進(jìn)行組態(tài)，同時也可以對DCS網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督，將離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，然后對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一系列參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)下[3]。

由于喘振現(xiàn)象是壓縮機(jī)的固有特性，是其Q-P特性曲線呈駝峰的形狀而引起的。由于Q-P特性曲線存在極限點(diǎn)，類似于開口向下的拋物線，工作在特性曲線的單調(diào)遞增區(qū)間內(nèi)，工作狀態(tài)是不穩(wěn)定的，容易造成喘振，而工作在單調(diào)遞減區(qū)間內(nèi)，工作狀態(tài)是穩(wěn)定的，即便是收到外界變量導(dǎo)致脫離工作點(diǎn)，此時壓力下降，然后壓縮機(jī)的出口流量增加，由于系統(tǒng)的容積是不變的，當(dāng)流量增加時，必然使得壓力重新升高，回到原來的工作點(diǎn)。反之，由于在特性曲線的單調(diào)遞增區(qū)間內(nèi)，若受到外界干擾，無法使沿著曲線下滑的工作點(diǎn)回到初始，所以單調(diào)遞增區(qū)間內(nèi)的各點(diǎn)工作狀態(tài)不穩(wěn)定。由于Q-P特性曲線存在極值點(diǎn)，一旦負(fù)荷下降，必然導(dǎo)致工作點(diǎn)左移，使工作點(diǎn)進(jìn)入單調(diào)遞增曲線區(qū)間，受到干擾的壓縮機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)間，就會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。由于轉(zhuǎn)速n不同，Q-P特性曲線對應(yīng)的極限流量值QP也不同，轉(zhuǎn)速越高，極限流量越大，如圖1所示，不同轉(zhuǎn)速下Q-P特性曲線極值的連線，就劃分了喘振區(qū)和非喘振區(qū)，虛線左側(cè)為喘振區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)。由圖中還可以表示出，因n3＞n2＞n1，所以QP3＞QP2＞QP1。

圖1 壓縮機(jī)喘振極限線

控制極限流量，隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，使極限流量一直處于壓縮機(jī)負(fù)荷變化的范圍內(nèi)，重點(diǎn)是得到壓縮機(jī)喘振的極限方程，并且通過采用力控組態(tài)軟件對壓縮機(jī)喘振的極限方程進(jìn)行運(yùn)輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制的目的。廠家給出的“安全操作線”，也就是圖1中的極值虛線鏈接線，可以用拋物線的數(shù)學(xué)方程式來近似表達(dá)。

力控控制策略軟件應(yīng)用廣泛，在工程實(shí)踐過程中應(yīng)用較多。建立力控實(shí)時數(shù)據(jù)庫，并與I/O采集一起構(gòu)成完整的控制系統(tǒng)，這樣控制器不僅能夠完成數(shù)據(jù)的采集，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，將控制變量輸出到控制端，同時也可以利用數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)大存儲功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用力控策略生成器，通過控制策略軟件的一些基本功能模塊的設(shè)置和編輯，最終實(shí)現(xiàn)功能塊間的連接來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的創(chuàng)建。

組態(tài)主要是用集散控制系統(tǒng)所提供的功能模塊或算法組成所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成所需功能。壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)是在力控組臺軟件的開發(fā)環(huán)境中完成的，力控組態(tài)軟件通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫來完成實(shí)時趨勢曲線，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的監(jiān)控。

通過在組態(tài)中創(chuàng)建監(jiān)控畫面，創(chuàng)建蒸汽流量檢測點(diǎn)，并且完成實(shí)時曲線與控制點(diǎn)的連接，就能夠顯示防喘振曲線及控制參數(shù)畫面，可以得到壓縮機(jī)防喘振控制曲線顯示的力控組態(tài)過程。

4 結(jié)語

該防喘振控制系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，具有較強(qiáng)的通用型，不僅可以滿足合成氨的壓縮機(jī)裝置的控制，還可以在乙烯化工制造的壓縮機(jī)防喘振中得到應(yīng)用，對于常規(guī)的空氣分離裝置和石油裂解冶煉裝置的壓縮機(jī)防喘振控制均可以采用本方案，不僅開停車方便，操作簡單，在加入了壓縮機(jī)出口壓力超馳功能和硬件保護(hù)裝置后，硬件部分可緊急停止系統(tǒng)ESD，使生產(chǎn)裝置進(jìn)入一個預(yù)定義的安全停車工況，保證了人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 肖紹篙.離心壓縮機(jī)的防喘振分析與控制[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2002（3）：4-7.

[2] 羅 輝.Freelance2000DCS在軸流機(jī)上的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2002（2）：30-32.

[3] 趙 謹(jǐn).CENTUMCS1000集散控制系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[4] 馬應(yīng)魁，張 虎.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.