概 述：邏輯控制即控制系統(tǒng)與邏輯點(diǎn)的相互配合應(yīng)用?？辗謮嚎s機(jī)防喘振系統(tǒng)，是靠Honeywell TPS系統(tǒng)（DCS）本身先進(jìn)的智能控制算法，以及多重冗余和容錯(cuò)技術(shù)加上功能強(qiáng)大的邏輯控制來實(shí)現(xiàn)的。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng) 邏輯控制 防喘振 DCS系統(tǒng)

前言

西林鋼鐵公司6000m³/h空分設(shè)備由杭州制氧機(jī)集團(tuán)公司2001年5月成套，工廠設(shè)計(jì)由北京鋼鐵設(shè)計(jì)總院設(shè)計(jì)，于2001年9月2日順利投產(chǎn)出氧，歷時(shí)半年多的時(shí)間運(yùn)行表明，該機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值或超過設(shè)計(jì)值。整個(gè)控制系統(tǒng)采用美國霍尼韋爾的TDC3000和兩臺(tái)GUS站構(gòu)成。

一. 控制系統(tǒng)的組成

1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。

自動(dòng)控制系統(tǒng)由被控對象、檢測元件、控制器和調(diào)節(jié)閥等部分組成。如圖一所示。

圖一 自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖

a. 被控對象：需要實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備，機(jī)器或生產(chǎn)過程。

b. 被控變量：對象內(nèi)要求保持設(shè)定值的物理量。

c. 操縱變量：受控制器操縱，要以使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。

d. 干擾（擾動(dòng)），除操縱變量以外，作用于對象并能引起被控變量變化的因素，如負(fù)荷變化就是一種典型的擾動(dòng)。

e. 設(shè)定值：被控變量的目標(biāo)值。

f. 偏差：偏差理論上應(yīng)該是被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。

2.串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是最早、效果最好、使用最廣泛的一種復(fù)雜控制系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是兩個(gè)控制器相串接，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定，適用于時(shí)間常數(shù)及純滯后較大的被控制對象。

二.邏輯點(diǎn)功能

邏輯點(diǎn)提供了邏輯能力，它與數(shù)字組合點(diǎn)配合，提供了組合邏輯功能。邏輯點(diǎn)由邏輯塊、FLAG、數(shù)字、輸入連接和輸出連接等組成。邏輯點(diǎn)最多有12個(gè)輸入，16個(gè)邏輯塊，12個(gè)輸出連接。

三、空分離心式壓縮機(jī)的防喘振控制

空分選用的是離心式壓縮機(jī)，離心壓縮機(jī)工作效率高，在正常工況條件下運(yùn)行平穩(wěn)，壓縮氣流無脈動(dòng)，對其所輸送介質(zhì)的壓力、流量、溫度變化的敏感性相對較大，容易發(fā)生喘振。發(fā)生喘振時(shí)流量大幅波動(dòng)，機(jī)組劇烈振動(dòng)，如不及時(shí)采取措施加以控制，會(huì)使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子經(jīng)受交變應(yīng)力作用而斷裂;使極間壓力失常而引起強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致密封及推力軸承損壞;使運(yùn)動(dòng)元件和靜止元件相碰，造成嚴(yán)重事故。所以應(yīng)盡力防止壓縮機(jī)進(jìn)入喘振工況。喘振現(xiàn)象是完全可以得到有效控制的，如圖二所示，根據(jù)離心壓縮機(jī)在不同工況條件下的性能曲線，只要我們把壓縮機(jī)的最小流量控制在工作區(qū)（控制線內(nèi)），壓縮機(jī)即可正常工作。喘振的標(biāo)志是一最小流量點(diǎn)，低于這個(gè)流量即出現(xiàn)喘振。因此需要有一個(gè)防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振的控制系統(tǒng)，限制壓縮機(jī)的流量不會(huì)降低到這種工況下的最低允許值。即不會(huì)使壓縮機(jī)進(jìn)入喘振工況區(qū)域內(nèi)。

圖二 離心壓縮機(jī)性能曲線與防喘振控制原理圖

壓縮機(jī)的防喘振條件為：△P≥a（p2±bp1）式中 △p——進(jìn)口管路內(nèi)測量流量的孔板前后壓差

p1——進(jìn)口處壓力

p2——出口處壓力

a、b——與壓比、溫度、孔板流量計(jì)的孔板系數(shù)有關(guān)的參數(shù),可通過熱工計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)取得。

從圖二看離心式壓縮機(jī)在輸氣過程中由于運(yùn)行工況（p、T、Q）的不穩(wěn)定，若控制不好會(huì)使壓縮機(jī)的工作性能顯著惡化，氣流參數(shù)（壓力、流量）產(chǎn)生大幅度脈動(dòng)，噪聲和振動(dòng)加劇，嚴(yán)重時(shí)足以損壞壓縮機(jī)。傳統(tǒng)的防喘振方法一般采用壓縮機(jī)額定的最小流量控制法，此種控制方法的缺點(diǎn)是不能充分使輸氣壓縮機(jī)工作在其工作區(qū)，頻繁起動(dòng)防喘閥（放空閥）浪費(fèi)了能源，降低了輸氣的經(jīng)濟(jì)性。而且隨著壓縮機(jī)的長期運(yùn)轉(zhuǎn)磨損，其性能會(huì)發(fā)生變化即壓縮機(jī)額定最小流量（喘振線）特性會(huì)發(fā)生偏移，如果不進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，必將造成控制失靈，使壓縮機(jī)工作在喘振區(qū)，其造成后果可想而知。因此，對空分離心壓縮機(jī)在輸氣過程中由于運(yùn)行工況變化和壓縮機(jī)的性能發(fā)生變化可能造成的喘振，我們采用了以下控制策略：

（1） 根據(jù)離心壓縮機(jī)的額定最小流量特性曲線和輸氣系統(tǒng)的特定參數(shù)確定壓縮機(jī)的最佳工作區(qū)（控制裕度線）; 　

（2） 用數(shù)學(xué)方法擬和出不同工況條件（p、T）下的喘振線和防喘振控制線;

（3） 用海量數(shù)據(jù)的處理方法，將壓縮機(jī)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行在線處理，計(jì)算出離心壓縮機(jī)的實(shí)際最小流量與最小額定流量的偏移;

（4） 根據(jù)離心壓縮機(jī)的進(jìn)出口溫度和實(shí)際最小流量的偏移對喘振線和防喘控制線進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償;

（5） 用工況點(diǎn)求取的喘振點(diǎn)最小流量與實(shí)際工況點(diǎn)的最小流量進(jìn)行比較;

（6） 把上述比較的結(jié)果（流量的變化以及變化的速率）作為控制器的輸入，通過對壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉（進(jìn)氣閥）、防喘閥（放空閥）的控制，實(shí)現(xiàn)對離心壓縮機(jī)的防喘控制

圖三 主壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉控制邏輯圖

如圖三所示：當(dāng)主壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，IIC2301在自動(dòng)位置，IIC2301.OP=100; PIC1101在程序位置，用CL語言設(shè)置其輸出，等于MIGVRAMP2的輸出，當(dāng)PI1101.PV=PI1101.SP時(shí)，PIC1101自動(dòng)設(shè)置為自動(dòng)，M-IGV（入口導(dǎo)葉）由PIC1101自動(dòng)控制，HC1031.OP=100。當(dāng)電機(jī)允許加載信號(hào)為“ON”時(shí)，MIGVRAMP1和MIGVRAMP2起動(dòng)，其輸出開始爬坡增加，在一秒內(nèi)，MIGVRAMP1由O增加到20，然后在15分59秒內(nèi)由20增加到100。

MIGVRAMP2再延時(shí)一秒后，同樣在15分59秒內(nèi)由20增加到100。當(dāng)空分故障時(shí)，MIGVRAMP2被“SHUTDOWN”，其輸出為20。當(dāng)空份故障排除時(shí)，按下HS1105（空分故障確認(rèn)）后，MIGVRAMP2被起動(dòng)，其輸出在1秒延時(shí)后，在15分59秒內(nèi)，從20增加到100。SUB 1000模塊是使入口導(dǎo)葉開度等于PIC1101的開度減去“100減去IIC2301的開度”。LO SELECT是低選擇邏輯塊，選擇低的開度輸出到MIG。當(dāng)電機(jī)允許加載信號(hào)“OFF”時(shí)，壓縮機(jī)停車，MIGVRAMP1被“SHUTDOWN”，當(dāng)其輸出為O時(shí)，入口導(dǎo)葉全關(guān)。HC1031是單機(jī)試車和正常時(shí)，操作工用其卸壓和卸載，人工只能關(guān)小MIGV，不能開大。

當(dāng)主壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)， HC1046.op=0時(shí)，PIC1044為自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng) PIC1044.op=0時(shí) FICI1044為程序狀態(tài)，用CL語言設(shè)置FIC1044.op=M-BOVRAMP的輸出。當(dāng)FIC1044.pv≤FIC1044.sp時(shí)，F(xiàn)IC1044自動(dòng)設(shè)置為串級(jí)控制。當(dāng)電機(jī)允許加載信號(hào)“ON”或HS1105（空分故障確認(rèn)）“ON”時(shí)，M-BOVRAMP起動(dòng)，開始爬破，其輸出控制GI1046，在PI1044.pv=PIC1044.sp，F(xiàn)I1044.pv≤FIC1044.sp時(shí)，F(xiàn)IC1044取代RAMP控制GI1046。當(dāng)PIC1044.pv≥PIC1044.sp時(shí)，說明輸出壓力太高，此時(shí)輸出到BOV的信號(hào)為FIC1044.op+PIC1044.op。當(dāng)電機(jī)允許加載信號(hào)“OFF”（停車）或空分故障時(shí)，M-BOVRAMP被強(qiáng)迫輸出為100，GI1046閥全開。M-BOVRAMP爬坡時(shí)間為12分，由100降到0。在起動(dòng)時(shí)，因流量為零，為使FIC1044保持手動(dòng)狀態(tài)，先用CL語言延時(shí)5秒，當(dāng)FI1044.pv≤FIC1044.sp時(shí)，F(xiàn)IC1044投入串級(jí)。HC1046為單機(jī)試車和正常停車時(shí)操作工卸壓卸載用，人工只能開大GI1046，不能關(guān)小。PLUS 是加法器模塊。HI SELECT是高選擇邏輯塊，選擇高的開度輸出到GI1046。

入口導(dǎo)葉的邏輯控制和放空閥的邏輯控制使壓縮機(jī)的運(yùn)行工況得到了很好的控制，無論壓縮機(jī)的壓縮比是多少，只要保證壓縮機(jī)的吸入流量比喘振流量大，能對喘振現(xiàn)象產(chǎn)生的先兆加以快速和準(zhǔn)確的預(yù)測和判斷，并對其加以控制，喘振現(xiàn)象是可以完全避免的。就能保證壓縮機(jī)穩(wěn)定的工作。

參考文獻(xiàn)：

1.TPS System LCN Maintenance 2000,8 Honeywell,US 　

2. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 2004,3,1 清華大學(xué)出版社出版 作者：王錦標(biāo) 編著