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        力控組態(tài)軟件可變極限防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2018-03-29 01:47:04屈長衡
        現(xiàn)代鹽化工 2018年1期
        關(guān)鍵詞:功能系統(tǒng)

        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.

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