朱 同，董 飛，劉 媛，董 瓊，陳婉秋

(1.廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司，河北 廊坊 065001；2.中國石油天然氣管道通信電力工程有限公司，河北 廊坊 065000；3.中國石油管道局工程有限公司第一分公司，河北 廊坊 065000)

0 引言

天然氣壓氣站場內(nèi)有多臺壓縮機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，生產(chǎn)運(yùn)行人員啟動多臺壓縮機(jī)時，通常是在操作員工作站，點(diǎn)擊單臺機(jī)組啟動按鈕逐臺啟動壓縮機(jī)，1臺機(jī)組啟動完畢后，再點(diǎn)擊下一臺機(jī)組啟動按鈕啟動第二臺壓縮機(jī)，直至把所有需要啟動的壓縮機(jī)全部啟動。壓縮機(jī)啟動后，還需要手動調(diào)節(jié)各壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證壓氣站出站總壓力滿足要求。這樣的人工操作耗費(fèi)大量時間和人力，調(diào)節(jié)速度慢，并且在壓縮機(jī)逐臺啟動過程中，由于各機(jī)組自行運(yùn)轉(zhuǎn)，互不聯(lián)動，即便多機(jī)組啟動完畢后，有的機(jī)組轉(zhuǎn)速過高，有的機(jī)組轉(zhuǎn)速過低，有的機(jī)組頻繁開啟防喘振閥組，無法按照最高效率做功，能耗相當(dāng)大。

目前，管道站場的生產(chǎn)運(yùn)行值班人員數(shù)量逐年縮減，對自動化控制水平的要求逐年升高，通過計算機(jī)測控來降低勞動強(qiáng)度，甚至實現(xiàn)無人值守場站的需求越來越高。為此，針對壓縮機(jī)這種核心大型機(jī)械控制，引入了壓縮機(jī)預(yù)選啟動和啟動后負(fù)荷分配自動加載的控制功能，利用SCADA系統(tǒng)的PLC編制順序啟動與負(fù)荷分配控制程序，并通過Modbus Tcpip協(xié)議建立PLC與壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通訊，采用工控軟件進(jìn)行人機(jī)界面(HMI,human machine interface)開發(fā)。值班人員通過操作員站人機(jī)界面設(shè)定壓縮機(jī)啟動優(yōu)先級和啟動臺數(shù)(如2臺)，設(shè)定出站壓力或流量控制值，點(diǎn)擊預(yù)選一鍵啟機(jī)，SCADA系統(tǒng)自動判斷識別當(dāng)前壓縮機(jī)組狀態(tài)，選擇優(yōu)先級較高的機(jī)組進(jìn)行啟動，當(dāng)?shù)?臺機(jī)組啟動完畢后開始啟動第2臺機(jī)組，并自動開啟負(fù)荷分配控制功能，控制出站總壓力，通過負(fù)荷分配控制算法與單機(jī)組PID自動控制的結(jié)合，使得兩臺機(jī)組轉(zhuǎn)速與工作點(diǎn)接近一致，防喘振閥全關(guān)，出站總壓力滿足要求，能耗最低。啟動3臺以上機(jī)組也采用相同的控制策略。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

壓縮機(jī)預(yù)選啟動與負(fù)荷分配自動控制功能的實現(xiàn)共需3個部分的協(xié)同配合，即操作員工作站、站控PLC與壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)控制架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)控制架構(gòu)示意圖

在該方案中，操作員站控制站控PLC(即站控主PLC與備PLC)，站控PLC控制4臺壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)，每臺壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)都控制一臺壓縮機(jī)組，該壓縮機(jī)組的所有數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制操作指令都由相對應(yīng)的壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)具體執(zhí)行，UCS系統(tǒng)監(jiān)測的壓縮機(jī)工藝參數(shù)全部上傳至站控PLC，再由站控PLC上傳至操作員站。

操作員站將壓縮機(jī)優(yōu)先級設(shè)定值、預(yù)啟臺數(shù)、壓力設(shè)定值、負(fù)荷分配自動控制使能以及預(yù)選啟動命令等下發(fā)至站控PLC中，站控PLC接收到指令后對所控制的4套壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)先級分配，并對4臺壓縮機(jī)狀態(tài)進(jìn)行識別，檢測壓縮機(jī)是否處于可用狀態(tài)，如果所需啟動的壓縮機(jī)全部滿足啟動條件，則站控PLC首先對優(yōu)先級最高的1臺壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)下發(fā)啟動命令，UCS系統(tǒng)接收到啟動命令后開始啟動壓縮機(jī)組，并實時上傳壓縮機(jī)啟機(jī)狀態(tài)參數(shù)至站控PLC，當(dāng)監(jiān)測到該壓縮機(jī)組啟動完畢，站控PLC對優(yōu)先級相對較低一級的壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)下發(fā)啟動命令，開始啟動第2臺壓縮機(jī)組，以此類推直至壓縮機(jī)運(yùn)行臺數(shù)滿足設(shè)定要求。壓縮機(jī)預(yù)選啟動命令與負(fù)荷分配自動控制使能指令下發(fā)至站控PLC后，將會產(chǎn)生1個邏輯標(biāo)志位，將順序啟動與負(fù)荷分配控制緊密結(jié)合起來。

由于操作員站對站控PLC下發(fā)了壓力設(shè)定值與負(fù)荷分配自動控制指令，激活了PLC中的負(fù)荷分配控制主程序，一旦有壓縮機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)并且工藝輸送流程導(dǎo)通，就開始進(jìn)行出站壓力的PID自動調(diào)節(jié)控制，同時開啟負(fù)荷分配自動加載功能，當(dāng)出站壓力設(shè)定值較高，單臺機(jī)組無法滿足時，機(jī)組開始全速運(yùn)轉(zhuǎn)，等到第2臺壓縮機(jī)組運(yùn)行后并網(wǎng)開啟兩臺機(jī)組的負(fù)荷分配自動控制，即當(dāng)?shù)?臺機(jī)組啟動完畢后，站控PLC中的負(fù)荷分配主控制程序根據(jù)出站壓力測量值與設(shè)定值的誤差，進(jìn)行主控回路的PID控制調(diào)節(jié)[2]，并與單臺壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)單體PID控制和喘振控制進(jìn)行結(jié)合，在確保壓縮機(jī)工作點(diǎn)處于控制線范圍內(nèi)，不發(fā)生喘振前提下，由主控程序計算出各壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速增減值下發(fā)給壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)，UCS系統(tǒng)驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生平穩(wěn)變化，當(dāng)?shù)?臺壓縮機(jī)組并網(wǎng)開啟3臺機(jī)組的負(fù)荷分配自動控制后，負(fù)荷分配主控制程序依據(jù)上述控制策略進(jìn)行3臺壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增減值的計算，并下發(fā)至各臺壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)。負(fù)荷分配自動控制最終實現(xiàn)3臺壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速趨于一致，防喘振閥全關(guān)，工作點(diǎn)距離(工作點(diǎn)至控制線的距離)等距，在滿足出站壓力要求的前提下達(dá)到機(jī)組做功效率最大化。3臺機(jī)組負(fù)荷分配控制需經(jīng)過多個周期的循環(huán)測控以及轉(zhuǎn)速計算過程。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

采用浙江中控G5 系列可編程邏輯控制器做站控主備PLC使用，CPU選用冗余型TCU521，兩個主備PLC之間使用冗余光纖連接，選用12槽背板機(jī)架用于安裝CPU模塊及相關(guān)電源和通信模塊[3]。主備PLC機(jī)架采用220 V交流供電。在G5 PLC中進(jìn)行編程組態(tài)，編寫根據(jù)優(yōu)先級設(shè)定的壓縮機(jī)預(yù)選啟動以及負(fù)荷分配主控制程序。

在主備PLC控制器機(jī)架背板上安裝以太網(wǎng)通訊模塊COM523，對COM523模塊進(jìn)行組態(tài)編程并激活，使其成為站控PLC的組成部分，利用COM523模塊建立站控PLC與壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。壓縮機(jī)的邏輯控制和負(fù)荷分配在站控PLC中的運(yùn)算結(jié)果，都通過COM523模塊下發(fā)至壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)。同時壓縮機(jī)組的各項工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)也都由UCS系統(tǒng)通過COM523模塊上傳至站控PLC。COM523與壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)通訊采用modbus tcpip協(xié)議。

2.2 軟件設(shè)計與控制界面開發(fā)

操作員站安裝國家管網(wǎng)調(diào)控中心研發(fā)的PCS(process control system)上位機(jī)軟件，在PCS平臺上進(jìn)行壓縮機(jī)預(yù)選啟動與負(fù)荷分配控制人機(jī)操作界面的開發(fā)，PCS與站控PLC的數(shù)據(jù)通訊采用modbus tcpip協(xié)議[4]。

2.2.1 壓縮機(jī)預(yù)選啟動界面開發(fā)

主要包括：壓縮機(jī)啟動優(yōu)先級設(shè)定及反饋、單臺壓縮機(jī)組啟動成功與失敗報警、單臺壓縮機(jī)組不滿足啟動條件報警、壓縮機(jī)預(yù)啟運(yùn)行臺數(shù)設(shè)定及反饋、壓縮機(jī)當(dāng)前運(yùn)行臺數(shù)反饋、無可用壓縮機(jī)啟動報警、壓縮機(jī)預(yù)選啟動成功與失敗報警、壓縮機(jī)預(yù)選啟動控制執(zhí)行中反饋、站控下發(fā)壓縮機(jī)預(yù)選啟動命令。壓縮機(jī)預(yù)選啟動控制界面如圖2所示。

圖2 壓縮機(jī)預(yù)選啟動控制界面

該控制界面極大地方便了生產(chǎn)運(yùn)行人員對壓縮機(jī)多機(jī)啟動的一鍵控制，可有效減少啟機(jī)時間，降低勞動強(qiáng)度。

2.2.2 負(fù)荷分配自動控制界面開發(fā)

在操作員站壓縮機(jī)工藝控制畫面上，每臺壓縮機(jī)組都由自己的控制面板，該控制面板是用于單臺壓縮機(jī)組喘振和出口壓力控制的。為了使負(fù)荷分配控制與單臺壓縮機(jī)控制更加有效的結(jié)合，將負(fù)荷分配控制界面與壓縮機(jī)單機(jī)組控制面板融合，在每臺壓縮機(jī)單機(jī)組控制面板上都可以對該壓縮機(jī)進(jìn)行負(fù)荷分配自動控制使能與屏蔽操作，也可以進(jìn)行進(jìn)出站壓力的設(shè)定，同時監(jiān)測進(jìn)出站壓力實時值。壓縮機(jī)負(fù)荷分配控制面板如圖3所示。

圖3 壓縮機(jī)負(fù)荷分配控制面板

該控制面板為其中1臺壓縮機(jī)組單機(jī)組控制融合進(jìn)負(fù)荷分配控制界面后的面板圖。在面板最右側(cè)性能控制區(qū)域，有單機(jī)、并網(wǎng)、手動與自動4個按鈕，其中并網(wǎng)按鈕就是該壓縮機(jī)組是否參與負(fù)荷分配控制的使能按鈕。當(dāng)在啟動壓縮機(jī)之前，在性能控制區(qū)域通過點(diǎn)擊并網(wǎng)按鈕，就使能了該臺壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)的負(fù)荷分配控制自動加載功能，在壓縮機(jī)啟動后自動與其他已運(yùn)行壓縮機(jī)并網(wǎng)，接收負(fù)荷分配主控制程序的指令，變化轉(zhuǎn)速控制出站壓力。在面板的中間區(qū)域可進(jìn)行負(fù)荷分配控制模式下出站壓力與進(jìn)站壓力的設(shè)定及實時測量值反饋。并可進(jìn)行出站壓力與進(jìn)站壓力的調(diào)節(jié)切換。

3 方案設(shè)計與開發(fā)

以下內(nèi)容詳細(xì)闡述了該方案的設(shè)計思想以及控制功能的編程實現(xiàn)方法，同時借助于千兆工業(yè)以太網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.1 壓縮機(jī)優(yōu)先級排序算法

在本設(shè)計中，不再使用傳統(tǒng)的優(yōu)先級排列組合比較的方法，而是使用優(yōu)先級取最小值算法進(jìn)行設(shè)備優(yōu)先級的比較。

在站控PLC里進(jìn)行功能塊邏輯程序開發(fā)，設(shè)計了一個子程序塊，采用優(yōu)先級最小值選擇算法，即將人機(jī)界面設(shè)定的壓縮機(jī)優(yōu)先級(只能下發(fā)不小于設(shè)備總數(shù)量的整型數(shù)字，防止優(yōu)先級設(shè)定值溢出)數(shù)值進(jìn)行比較，進(jìn)行最小值選擇，優(yōu)先級數(shù)值越小，表示該設(shè)備的優(yōu)先級越高，反之擇優(yōu)先級越低[5]。存在壓縮機(jī)報警、故障或者已經(jīng)運(yùn)行的壓縮機(jī)，其優(yōu)先級參與比較的實際值將自動修改成100，在優(yōu)先級最小值選擇算法里面最大的數(shù)值是100，這樣該臺壓縮機(jī)的優(yōu)先級將會是所有壓縮機(jī)中最低的并且不可以參與聯(lián)合啟動。通過編制一個子程序最小值優(yōu)化算法，就把多臺(比如4臺、6臺甚至8臺)壓縮機(jī)，較為方便的進(jìn)行了優(yōu)先級啟動劃分，并將劃分結(jié)果給到壓縮機(jī)預(yù)選啟動控制程序中，標(biāo)識出哪臺壓縮機(jī)優(yōu)先級最高。當(dāng)所有壓縮機(jī)都不可用時，給出無可用壓縮機(jī)狀態(tài)報警指示。

相比之下排列組合算法要求每臺設(shè)備優(yōu)先級都要與其他設(shè)備比較，一旦設(shè)備較多，程序編寫起來就比較復(fù)雜，采用最小值選擇算法就較好地解決了這種問題，并且對已運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)先級的免疫，防止已運(yùn)行設(shè)備參與優(yōu)先級排序。圖4為優(yōu)先級最小值選擇邏輯框圖。

圖4 優(yōu)先級最小值選擇邏輯框圖

3.2 壓縮機(jī)預(yù)選啟動控制

通過壓縮機(jī)優(yōu)先級排序算法，選擇出當(dāng)前優(yōu)先級最高的壓縮機(jī)，并給出該臺壓縮機(jī)優(yōu)先級最高標(biāo)志位，等待啟動壓縮機(jī)。操作員站設(shè)定好預(yù)啟臺數(shù)后點(diǎn)擊預(yù)選啟動命令，壓縮機(jī)預(yù)選啟動程序開始執(zhí)行，首先啟動1臺優(yōu)先級最高的壓縮機(jī)，當(dāng)程序收到壓縮機(jī)運(yùn)行信號并且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最低轉(zhuǎn)速，表示當(dāng)前壓縮機(jī)啟動完畢，程序計算當(dāng)前運(yùn)行壓縮機(jī)臺數(shù)并與預(yù)啟臺數(shù)設(shè)定值比較，當(dāng)前運(yùn)行臺數(shù)未達(dá)到設(shè)定值時，程序重新開始對剩余壓縮機(jī)組進(jìn)行優(yōu)先級排序選擇，調(diào)用壓縮機(jī)優(yōu)先級排序算法(此時已經(jīng)運(yùn)行的壓縮機(jī)其優(yōu)先級已經(jīng)變成了100即優(yōu)先級最低，所以不會再參與優(yōu)先級排序算法的判斷)。在剩余壓縮機(jī)中選擇優(yōu)先級最高的一臺繼續(xù)啟動，直至當(dāng)前已運(yùn)行壓縮機(jī)臺數(shù)與預(yù)啟臺數(shù)設(shè)定值相同為止[6]。

壓縮機(jī)預(yù)選啟動控制實現(xiàn)的功能主要包括：

1)判斷當(dāng)前壓縮機(jī)可用狀態(tài)，壓縮機(jī)故障、ESD鎖定或就地狀態(tài)下定義為不可用，并記入不可用壓縮機(jī)數(shù)鎖存。

2)當(dāng)不可用壓縮機(jī)數(shù)量多于設(shè)定預(yù)啟臺數(shù)后的備用壓縮機(jī)數(shù)量時(即不可用壓縮機(jī)數(shù)量大于總臺數(shù)與預(yù)啟臺數(shù)的差值)，直接給出無可用壓縮機(jī)報警。

3)接收操作員站下發(fā)的優(yōu)先級設(shè)定值、預(yù)啟臺數(shù)設(shè)定值及預(yù)選啟動命令，調(diào)用優(yōu)先級排序算法子程序，按照優(yōu)先級排序，順序啟動各臺壓縮機(jī)組，并監(jiān)測當(dāng)前壓縮機(jī)是否投用負(fù)荷分配自動控制，如投用則在啟動完成后給出標(biāo)志位自動并網(wǎng)加載負(fù)荷分配。

4)給出壓縮機(jī)預(yù)選啟動成功或失敗報警信號。

5)壓縮機(jī)預(yù)選啟動命令發(fā)出后，對可用壓縮機(jī)組發(fā)出公共復(fù)位命令，以使其輔助設(shè)施滿足啟動條件，避免因為一般公共報警而導(dǎo)致啟動失敗。

6)優(yōu)先級重復(fù)設(shè)定的診斷，當(dāng)操作員站對兩臺壓縮機(jī)設(shè)定了相同的優(yōu)先級，優(yōu)先級設(shè)定值重復(fù)篩查子程序開始啟用，提示運(yùn)行人員輸入錯誤，并對前面設(shè)定的優(yōu)先級數(shù)值保持在中間寄存器，不寫入實際優(yōu)先級設(shè)定值中，待運(yùn)行人員修改完畢再重新寫入。

3.3 壓縮機(jī)負(fù)荷分配自動控制

在多臺壓縮機(jī)并行運(yùn)行的工藝條件下，每臺壓縮機(jī)組都有自己的UCS控制系統(tǒng)，每臺壓縮機(jī)組都可以獨(dú)立啟動，獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)多臺壓縮機(jī)組并行運(yùn)行時，就需要負(fù)荷分配調(diào)節(jié)使得所有壓縮機(jī)做功最有效、最大化[7]。如果沒有負(fù)荷分配，多臺壓縮機(jī)運(yùn)行時，雖然能夠保證最終出站匯管壓力達(dá)到預(yù)期目的，但一定會存在壓縮機(jī)防喘振閥未全關(guān)的情況，造成氣體回流，這部分做功就浪費(fèi)了。如果人工手動調(diào)節(jié)的話，費(fèi)時費(fèi)力，且經(jīng)驗不豐富的工程師不一定能夠完全調(diào)節(jié)好各個壓縮機(jī)對工作點(diǎn)的距離。通過負(fù)荷分配自動調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)并聯(lián)工藝管線上型號相同的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速全部趨于一致，工作點(diǎn)距離趨于一致，各壓縮機(jī)防喘振閥全關(guān)。以2臺壓縮機(jī)投用負(fù)荷分配為例，對負(fù)荷分配控制方案進(jìn)行介紹。圖5為負(fù)荷分配自動控制調(diào)節(jié)架構(gòu)圖。

圖5 負(fù)荷分配自動控制調(diào)節(jié)架構(gòu)圖

負(fù)荷分配控制系統(tǒng)包含主控制器、1#壓縮機(jī)PID子控制器和2#壓縮機(jī)PID子控制器3個部分，其中主控制器利用站控PLC的CPU，在其中編寫負(fù)荷分配主控制程序。壓縮機(jī)PID子控制器利用壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)CPU，在其中編寫子PID控制程序。負(fù)荷分配主控制程序?qū)⑦\(yùn)算結(jié)果下發(fā)至壓縮機(jī)子PID控制程序中，驅(qū)動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化[8]。

當(dāng)兩臺壓縮機(jī)都投用負(fù)荷分配自動控制，設(shè)定了出站總壓力設(shè)定預(yù)期值，并且下發(fā)了2臺壓縮機(jī)的預(yù)選啟動命令后，負(fù)荷分配主控制程序開始啟動。當(dāng)出站壓力設(shè)定值較大，第1臺壓縮機(jī)啟動后投入負(fù)荷分配控制并全速運(yùn)轉(zhuǎn)，程序開始啟動第2臺壓縮機(jī)，第2臺壓縮機(jī)啟動后負(fù)荷分配控制程序開始同時調(diào)節(jié)兩臺壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，此時第1臺壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速較高，第2臺壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速較低并且其防喘振閥存在一定開度有能耗浪費(fèi)，負(fù)荷分配調(diào)節(jié)開始。

負(fù)荷分配調(diào)節(jié)存在多個周期，在其中1個周期內(nèi)的主控制器中，負(fù)荷分配控制程序計算出站匯管總壓力測量值PV與設(shè)定值SV的誤差Pdev，并根據(jù)誤差計算出一個轉(zhuǎn)速增量值ΔRpm后下發(fā)至壓縮機(jī)子PID控制程序中，同時將兩臺壓縮機(jī)性能控制線與工作點(diǎn)的距離Dev1與Dev2分別下發(fā)到另一臺壓縮機(jī)子PID控制程序中。壓縮機(jī)子PID控制程序接收到轉(zhuǎn)速增量值后并不立即將轉(zhuǎn)速增量值加到轉(zhuǎn)速輸出上面去，而是將本壓縮機(jī)的工作點(diǎn)距離與另一臺壓縮機(jī)的工作點(diǎn)距離進(jìn)行對比，如果兩臺壓縮機(jī)工作點(diǎn)對控制線距離不一致，則產(chǎn)生誤差值，通過子PID控制程序計算出由此應(yīng)產(chǎn)生的一個壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增量值[9]。在壓縮機(jī)預(yù)選啟動完畢后，由于先啟動的1#壓縮機(jī)已經(jīng)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速會比2#壓縮機(jī)大很多，因此1#壓縮機(jī)的的工作點(diǎn)距離要比2#壓縮機(jī)的工作點(diǎn)距離大很多，兩臺壓縮機(jī)子PID控制程序會根據(jù)工作點(diǎn)距離差值也計算出1個壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的增減值，并且此時1#壓縮機(jī)應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，輸出減量值ΔLB1，2#壓縮機(jī)應(yīng)增加轉(zhuǎn)速，輸出增量值ΔLB2。每臺壓縮機(jī)經(jīng)由負(fù)荷分配主控制程序計算出的轉(zhuǎn)速增量ΔRpm與單臺壓縮機(jī)子PID控制程序計算出的轉(zhuǎn)速增量(ΔLB1/ΔLB2)相互作用后給出該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的最終輸出值。

因此經(jīng)過此輪周期的負(fù)荷分配調(diào)節(jié)，1#壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速最終變化值計算公式：

ΔSp1=Κt1×ΔRpm-Κt2×ΔLB1

因此經(jīng)過此輪周期的負(fù)荷分配調(diào)節(jié)，2#壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速最終變化值計算公式：

ΔSp2=Κt1×ΔRpm+Κt2×ΔLB2

本周期的負(fù)荷分配調(diào)節(jié)完畢后，負(fù)荷分配主控制程序會重新計算出站壓力誤差值，壓縮機(jī)子PID控制程序也會重新對比雙方工作點(diǎn)距離，經(jīng)過多輪周期的負(fù)荷分配調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)兩臺壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一致，壓縮機(jī)工作點(diǎn)等距，兩臺壓縮機(jī)的防喘振閥全關(guān)，全力對外輸送氣體介質(zhì)，做功最大化。

3.4 站控PLC與壓縮機(jī)UCS系統(tǒng)的通信優(yōu)化

由于負(fù)荷分配主控制程序編制在站控PLC內(nèi)，而壓縮機(jī)子PID控制程序編制在UCS系統(tǒng)中，并且二者之間需要進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)通訊，以確保負(fù)荷分配指令的快速下達(dá)和UCS系統(tǒng)參數(shù)的快速上傳。因此，在站控PLC內(nèi)編制通訊程序，站控PLC主動去讀取UCS系統(tǒng)里面的數(shù)據(jù)，向UCS系統(tǒng)寫入操作指令[10]。站控PLC會與十幾個甚至幾十個第三方系統(tǒng)進(jìn)行通訊，所有第三方通訊如果不加以規(guī)劃，整個網(wǎng)絡(luò)的通訊負(fù)荷會很大，在編制通訊程序的同時，將通訊資源向壓縮機(jī)通訊方向傾斜，并采用讀取連續(xù)地址的方法減少數(shù)據(jù)讀取指令條數(shù)，以減少收發(fā)數(shù)據(jù)包的請求應(yīng)答時間和應(yīng)答次數(shù)。對于只監(jiān)視不控制，并且監(jiān)視級別較低的第三方通訊數(shù)據(jù)，則降低其通訊速率和掃描頻率，為負(fù)荷分配自動控制讓出數(shù)據(jù)通訊的高速信道。

4 應(yīng)用結(jié)果分析

4.1 預(yù)選啟動控制邏輯應(yīng)用結(jié)果

通過設(shè)置壓縮機(jī)啟動優(yōu)先級和預(yù)啟臺數(shù)進(jìn)行預(yù)選啟動控制，就把壓縮機(jī)的多機(jī)啟動完全交給了站控PLC，站控PLC會根據(jù)預(yù)先編制的檢測控制程序，嚴(yán)格檢測后進(jìn)行壓縮機(jī)的多機(jī)順序啟動，無需人工過多干預(yù)，大大降低了勞動強(qiáng)度，有效節(jié)約了壓縮機(jī)啟動時間。通過在中俄東線黑河壓氣首站的應(yīng)用，以啟動3臺壓縮機(jī)為例進(jìn)行了對比。

1)操作次數(shù)從原來操作3次降低為操作1次；

2)3臺壓縮機(jī)平均總啟動時間從原來耗時4個小時，降低為耗時2.5小時；

3)每次啟動壓縮機(jī)時需要人工量由原來6人/次降低為2人/次；

4)啟動前壓縮機(jī)故障識別率上升為了100%故障識別；

4.2 負(fù)荷分配自動控制應(yīng)用結(jié)果

預(yù)選啟動后的壓縮機(jī)負(fù)荷分配自動加載功能，使得多臺壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后能夠自行調(diào)節(jié)至相同工況，不再有能耗浪費(fèi)情況，并且調(diào)節(jié)速度較之人工更加迅速，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。通過負(fù)荷分配自動控制，運(yùn)行人員只需在操作員站前實時監(jiān)視壓縮機(jī)的喘振和控制線即可，程序自動進(jìn)行出站壓力和壓縮機(jī)工作點(diǎn)距離的調(diào)節(jié)。實現(xiàn)了一鍵預(yù)選聯(lián)合啟動壓縮機(jī)。

圖6為人工啟動兩臺壓縮機(jī)的工作點(diǎn)運(yùn)行圖，圖7為預(yù)選聯(lián)合啟動兩臺壓縮機(jī)的工作點(diǎn)運(yùn)行圖，通過對比發(fā)現(xiàn)同樣滿足出站壓力要求，人工手動啟動兩臺壓縮機(jī)后始終有1臺工作點(diǎn)處于控制線邊緣，表示防喘振閥有一定開度，氣體回流造成能耗浪費(fèi)，另一臺則轉(zhuǎn)速很大，基本上都在靠轉(zhuǎn)速較大的壓縮機(jī)輸氣[11]。而預(yù)選聯(lián)合啟動后，通過負(fù)荷分配控制程序的自動調(diào)節(jié)，兩臺壓縮機(jī)工作點(diǎn)位置最終趨于一致，轉(zhuǎn)速一致，防喘振閥全關(guān)，做功達(dá)到最大化。

圖6 人工啟動兩臺壓縮機(jī)的工作點(diǎn)運(yùn)行圖

圖7 預(yù)選聯(lián)合啟動兩臺壓縮機(jī)的工作點(diǎn)運(yùn)行圖

5 結(jié)束語

綜上所述，通過壓縮機(jī)預(yù)選啟動以及負(fù)荷分配自動控制，有效提高了壓縮機(jī)控制穩(wěn)定性和操作便利性，大大降低了壓縮機(jī)能耗。在站控PLC內(nèi)進(jìn)行壓縮機(jī)預(yù)選聯(lián)合啟動和負(fù)荷分配控制的編程，省去了1套壓縮機(jī)負(fù)荷分配控制系統(tǒng)，使得多臺壓縮機(jī)啟動后無需人工干預(yù)，直接自動加載負(fù)荷分配控制功能。對于5臺及以上壓縮機(jī)并聯(lián)工藝下以及并聯(lián)壓縮機(jī)組規(guī)格型號不一樣的情況，其預(yù)選啟動和負(fù)荷分配控制仍需進(jìn)一步研究。為大型天然氣場站、LNG接收及外輸站壓縮機(jī)穩(wěn)定性調(diào)節(jié)控制提供了豐富的參考價值，對站控PLC與壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合與共享提供了一定的指導(dǎo)意義，也為各類大型機(jī)械設(shè)備的多機(jī)順控提供了借鑒與參考。