淺談壓縮機(jī)防喘振控制中三冗余PLC應(yīng)用

朱 巖

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司,沈陽 110869)

淺談壓縮機(jī)防喘振控制中三冗余PLC應(yīng)用

朱 巖

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司,沈陽 110869)

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，機(jī)械化設(shè)備更多的應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，而在機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用中，壓縮機(jī)的使用頻率也在逐年升高。鑒于此，很多人比較關(guān)注壓縮機(jī)的可靠性和安全性。在近幾年中，在壓縮機(jī)防喘振控制中，應(yīng)用最多的則是三冗余PLC，將三冗余控制系統(tǒng)作為基本控制單元，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)防喘振控制。本文以富氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)為例，通過對各系統(tǒng)的介紹，論述防喘振控制的原理和控制方法，通過應(yīng)用這種方法，系統(tǒng)有了明顯的改進(jìn)，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中作用巨大。

壓縮機(jī)；可編程控制器；三冗余；防喘振控制

當(dāng)今中國的發(fā)展勢頭越來越快，機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用程度也越來越高，而壓縮機(jī)是機(jī)械設(shè)備應(yīng)用過程當(dāng)中重要的組成部件之一，為了保證壓縮機(jī)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)前，采用三冗余可編程控制系統(tǒng)，對于壓縮機(jī)進(jìn)行防喘振控制，能夠提高壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行程度。本文以富氣壓縮機(jī)組為例，探討如何采用三冗余技術(shù)，提高壓縮機(jī)的穩(wěn)定性能。

1 防喘振系統(tǒng)的控制配置及原理

目前，市面上所見到的最好的防喘振控制系統(tǒng)是TS3000，其內(nèi)部包含有Trident系統(tǒng)的TMR結(jié)構(gòu)，輸入信號進(jìn)入端子后分為3個獨(dú)立的電路，輸入卡件的每一個分電路都會讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)并且快速的傳遞給主控制器。3個主處理器利用專有的三重化總線（TRIBUS）進(jìn)行相互通訊。通過這種3重容錯能力，來保證整個機(jī)組的順利平穩(wěn)運(yùn)行。一旦電路出現(xiàn)故障，就能做最快速的預(yù)測，實(shí)施間斷控制，提高設(shè)備的運(yùn)行能力。

1.1 Trident系統(tǒng)

這一系統(tǒng)是三重化冗余模件，也是一種具有高容錯能力的可編程控制系統(tǒng)。因?yàn)槿蒎e是其非常重要的特性，可以識別和補(bǔ)償控制系統(tǒng)元件的故障，并對其進(jìn)行修正。因此容錯技術(shù)有效的提高了控制器的安全性能和可用性能，在其工作過程當(dāng)中使其得到良好的控制。這一系統(tǒng)主要是由三個安全相同的系統(tǒng)通道所組成，每一個系統(tǒng)通道都是獨(dú)立的程序，與其他兩個通道作并列工作。當(dāng)數(shù)據(jù)通過每一個通道輸入和輸出時，獨(dú)立通道都會對其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因?yàn)檫@三個通道是相互獨(dú)立的，所以，任何一個電路內(nèi)出現(xiàn)故障，都不會給其他兩路電路產(chǎn)生影響。

1.2 系統(tǒng)軟件的組成

這一系統(tǒng)專有Tristation 1131編程軟件包，用FBD、Ladder Logic及Structured Text標(biāo)準(zhǔn)語言編寫程序，這一編寫程序能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量處理運(yùn)算，順序控制邏輯和控制算法等一系列任務(wù)。其中上位監(jiān)控軟件有INTOUCH，這一軟件能夠?qū)崿F(xiàn)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)完整的顯示和監(jiān)控功能，對現(xiàn)場機(jī)構(gòu)的執(zhí)行，起到一定的監(jiān)督作用，其后，通過DDE組態(tài)將上位機(jī)監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)相連接。

2 壓縮機(jī)防喘振控制方案

因?yàn)殡x心壓縮機(jī)本身具有一定的特性，這一特性就是當(dāng)壓縮機(jī)入口流量小于某一流量時，由于氣流壓力，會使得機(jī)器引起強(qiáng)烈的振動現(xiàn)象，這一現(xiàn)象就被稱作為壓縮機(jī)的喘振。一般來說，在壓縮機(jī)發(fā)生喘振過程中，排氣壓力會大幅度增加，這時氣體呼進(jìn)呼出，出現(xiàn)周期性的振動，如果在這個時候不采取措施，很容易導(dǎo)致壓縮機(jī)的軸承及密封件受到損壞，更為嚴(yán)重的是，這一現(xiàn)象可以引起轉(zhuǎn)子與固定元件相互碰擦，進(jìn)而導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。

2.1 防喘振控制的常用方法

為了有效預(yù)防喘振現(xiàn)象的出現(xiàn)，維修者常常通過各種各樣的方式進(jìn)行防喘振控制，通過不同壓縮機(jī)的型號，繪制相關(guān)的性能曲線，將喘振上壓力及流量的各點(diǎn)，連成一條曲線，這條曲線通常被稱作為喘振線。一般來說，在工程中，如果能夠確定喘振線，在此基礎(chǔ)之上，向右平移8%到10%，就可以在壓縮機(jī)工作狀態(tài)之下，防止喘振的發(fā)生。傳統(tǒng)的壓縮機(jī)防喘振控制，一般是通過出口回流入口，或者是出口放空等方式來實(shí)現(xiàn)的。而如果從能源利用的角度出發(fā)考慮，采用將壓縮機(jī)的出口流量，通過防喘振閥打回流到壓縮機(jī)的入口，能夠保證壓縮機(jī)的入口流量增大。通過這樣的原理，目前采用兩種方式控制喘振，一種是固定極限流量法，另外一種則是可變極限流量法。2.1.1 固定極限流量法

就固定極限流量法而言，能夠保證壓縮機(jī)的流量始終大于壓縮機(jī)工作狀態(tài)下喘振點(diǎn)的流量，一旦出現(xiàn)壓縮機(jī)流量小于喘振點(diǎn)流量，防喘振閥門會自動打開，這時氣流從壓縮機(jī)的出口回流到入口，能夠有效的增加入口的流量。但采取這種方式往往會出現(xiàn)非常多的問題，比如說使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，這時壓縮機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，機(jī)械流量的就會增大，造成能量的巨大浪費(fèi)，但這種控制方法非常簡單，在目前能源節(jié)約的發(fā)展態(tài)勢之下，這種方法已經(jīng)不被人們所使用。

2.1.2 可變極限流量法

而可變極限流量法是指，壓縮機(jī)的負(fù)荷隨著轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生變化，在不同轉(zhuǎn)速情況之下，喘振極限流量也會出現(xiàn)不同的變化，這樣能夠有效的防止喘振的發(fā)生，但是在極限流量控制過程當(dāng)中，必須要滿足相關(guān)的條件，這樣才能夠使其流量值和轉(zhuǎn)數(shù)值達(dá)到均衡，保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 通用性能曲線控制法

根據(jù)相似原理，如果離心式壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速情況之下，能夠在周圍介質(zhì)的溫度和壓力變化的條件下，保持工況相似。用專業(yè)的術(shù)語表示，要保持馬赫數(shù)，流量系數(shù)，絕熱指數(shù)的值不變。這樣才能夠控制壓縮機(jī)的壓力比，使其效率不發(fā)生變化。在工作過程當(dāng)中的控制方式，只要采集三個數(shù)據(jù)，就可能完成喘振線的繪制，這三個數(shù)據(jù)分別是壓縮機(jī)入口壓力，壓縮機(jī)出口壓力，以及壓縮機(jī)入口流量測試。通過對不同工況的影響值測試，繪制通用性能曲線和壓縮機(jī)防喘振曲線。但是必須要保證壓縮機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中，喘振曲線要在右側(cè)，這樣也能夠有效的避免喘振的發(fā)生。與此同時，還要通過三冗余編程程序，通過數(shù)據(jù)運(yùn)算對壓縮機(jī)的控制點(diǎn)做適時的調(diào)整，在這種三重操作之下，就能夠完成壓縮機(jī)防喘振的任務(wù)。

3 結(jié)束語

本文主要采取的是TS3000這一基本控制單元，來實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的防喘振控制，通過實(shí)踐證明，這一方法具有良好的可靠性，能夠避免系統(tǒng)單點(diǎn)故障而引起停機(jī)，對整個壓縮機(jī)的運(yùn)行，起到極大的優(yōu)化作用。

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[2]韓振生.淺談離心式聯(lián)合壓縮機(jī)喘振及相關(guān)防范措施[J].化工管理,2016(21):76.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.025