和利時T880控制系統(tǒng)在多級組裝式壓縮機組的應用研究

摘 要：本文簡要介紹了多級組裝式壓縮機組特點，在滿足壓縮機在工藝流程中的重要性和高可靠性控制要求的情況下，國產T880控制器繼承和延續(xù)了三重化冗余的先進設計理念，為國產三冗余系統(tǒng)在組裝式壓縮機組控制上的應用提供參考和借鑒。

關鍵詞：三冗余；控制功能；轉速控制；防喘振

1 概述

近年來隨著我國冶金、石油、化工等領域不斷新建、改擴建項目，由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的不定因素及生產工藝的復雜性比較高，對于大型壓縮機組及其控制系統(tǒng)的抗干擾性、穩(wěn)定性、實時性、可靠性及安全性都有著越來越高的要求。

2 多級組裝式離心壓縮機組特點

本項目我公司設計制造的SVK8-4H氮氣壓縮機組使用的裝置為新能能源有限公司 20萬噸/年穩(wěn)定輕烴項目 LNG裝置。本裝置以煤氣化制取的原料氣進行深冷液化分離，得到產品 LNG。工藝裝置主要包括深冷分離、制冷劑罐區(qū)、LNG儲罐、LNG裝車站等。上述的氮氣壓縮機用于 LNG裝置深冷分離。而深冷分離是整個LNG裝置的核心工段。SVK8-4H是由汽輪機驅動的整體齒式多級組裝式壓縮機組。由于機組的結構特點和作為深冷分離的核心工段，機組有其突出的重要性，本項目采用國產和利時T880系列控制器，CPU、輸入輸出卡均采用三重模塊冗余架構，保證機組的高可靠性、穩(wěn)定性控制要求。

3 和利時T880控制系統(tǒng)配置特色

3.1 三冗余的前端控制器

本項目系統(tǒng)設置3個ETM281智能前端控制器。3個模塊通過連接器與專用機籠 ETM100的底板以及對應端子模塊相連接，完成對現(xiàn)場模擬量和開關量信號的采集；進行快速的數(shù)據交換、數(shù)據處理、輸入數(shù)據表決、邏輯運算、輸出數(shù)據表決等；再將結果以模擬量和開關量信號形式輸出到現(xiàn)場。

ETM281智能前端控制器采用三重模塊冗余（TMR）架構，即 3個 ETM281模塊組成冗余的三系；具有獨立的固定控制周期，冗余的三系控制器之間在每個控制周期內同步運行；3 系冗余工作時，工作模式為 3-2-1-0，自動升降級。ETM281是智能控制器模塊，具有單套（3系）獨立組態(tài)功能，在無外部通信情況下，也可獨立完成控制邏輯，適用于壓縮機防喘振控制、高端汽輪機轉速控制等高可靠性要求的應用場合。ETM281 智能前端控制器能滿足壓縮機組控制系統(tǒng)對安全性、可靠性、快速性的高要求，可保證壓縮機組的平穩(wěn)、安全運行。

3.2 I/O模塊的三重化結構

3個主控制器構成三冗余結構同步運行，每個I/O模塊中配置了3套I/O物理通道構成三重化結構。三重化的I/O通道均對應同一個端子模塊。正常工作時，三重化的AI和DI模塊分別通過端子模塊對現(xiàn)場傳感器信號進行采集，并將結果送給控制器。三重化的控制器交換輸入數(shù)據并分別進行2oo3表決，然后使用表決后的數(shù)據分別進行運算。三重化的控制器再次交換運算結果，并再次分別進行2oo3表決。表決結果被分別輸出到三重化的DO模塊。DO模塊三重化的通道再次進行2oo3表決后，通過端子模塊輸出到現(xiàn)場執(zhí)行設備。

4 本項目機組實現(xiàn)的控制功能

本項目控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)SVK8-4H機組（包括油路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、軸系系統(tǒng)、汽輪機等）的參數(shù)顯示、報警、控制、調節(jié)及聯(lián)鎖邏輯保護功能，主要包括以下內容：

4.1 汽輪機轉速控制

本項目驅動汽輪機設置有6路轉速，其中1路轉速做就地轉速顯示，其余5路用于超速保護和調速控制，如采用普通控制器，需要由汽輪機單獨設置調速器和超速保護裝置，此調速器和超速保護裝置需要集成在控制系統(tǒng)機柜中。本項目ETM281智能前端控制器設置有6個轉速采集通道，可以實現(xiàn)精確的轉速測量要求，同時具備超速保護功能，可以實現(xiàn)汽輪機自動暖機、自動升速、臨界越轉速控制以及轉速控制仿真功能，這樣不僅節(jié)省了單獨設置超速保護裝置（如PROTECH-GII）、汽輪機調速器（如505）等的成本和安裝空間，也實現(xiàn)了轉速監(jiān)控、調速、超速保護的一體化高可靠集成。

4.2 壓縮機性能控制

本項目性能是通過入口導葉調節(jié)和汽輪機變轉速雙重調節(jié)，由三重冗余控制器完成入口導葉開度調節(jié)和汽輪機變轉速的雙重調節(jié)控制要求。

4.3 壓縮機防喘振控制

和利時三重冗余控制器基于基于防喘振控制要求，防喘振控制策略考慮設置有喘振極限控制線、喘振控制線、階梯響應線、安全保險線等各種控制線，以實現(xiàn)PID控制功能、自適應增益功能、階梯響應功能、安全保險響應功能等。

4.4 啟動聯(lián)鎖邏輯控制

機組啟動聯(lián)鎖條件主要包括：緩沖氣手動給氣正常（人為確認），潤滑油泵允許啟動（啟車前），入口導葉微開、防喘振閥全開、潤滑油溫度正常、潤滑油壓力正常、油箱液位正常、盤車電機未運行、盤車完畢確認、電控具備起車條件、汽輪機主汽門開啟、充氣密封手動確認正常、其他開車條件等。

機組報警聯(lián)鎖控制主要包括：潤滑油壓過低、潤滑油溫度高或低、軸振動大和過大、軸位移大和過大、軸瓦溫度高和過高等。

4.5 解耦控制、其他輔助控制等

對于本系統(tǒng)調節(jié)入口導葉開度和汽輪機變轉速，當壓縮機進入喘振調節(jié)時，有時性能控制會同時要求減小流量（如性能控制變量為入口壓力時），兩個控制回路是互相反作用的，從而造成系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，使機組更加接近喘振。解耦功能將性能控制和防喘振控制各自的輸出加權到對方的控制響應中去，從而實現(xiàn)兩個控制回路協(xié)調動作，迅速穩(wěn)定系統(tǒng)。

其他輔助控制功能，如輔助潤滑油泵和加熱器的運行監(jiān)控、啟停控制，盤車運行及啟停控制，汽輪機冷凝液位控制、排煙風機等的控制和系統(tǒng)范圍內監(jiān)控測點的顯示等。

5 總結

相比較于常規(guī)機組使用的進口品牌如TS3000、上海黑馬控制系統(tǒng)HIMA+CCC、羅克韋爾ICS Triplex Trusted TMR、GE集團MARK VI，在滿足壓縮機在工藝流程中的重要性和高可靠性控制要求的情況下，國產T880控制器繼承和延續(xù)了三重化冗余的先進設計理念，為國產三冗余系統(tǒng)在組裝式壓縮機組控制上的應用提供參考和借鑒，同時相較國外系統(tǒng)有著巨大的經濟優(yōu)勢和廣闊的應用前景。

作者簡介：賈超（1985-），男，漢族，遼寧遼陽人，本科，工程師，在沈陽鼓風機集團齒輪壓縮機有限公司從事壓縮機儀表和控制系統(tǒng)設計工作，專業(yè)：電氣工程及其自動化。