壓縮機組轉速調節控制系統的製作方法

2023-05-31 17:33:31

專利名稱：壓縮機組轉速調節控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於壓縮機組自動化控制技術領域，尤其涉及一種壓縮機組轉速調節控制系統。
背景技術：
現代石油化工工程工業中，大型壓縮機設備是驅動流程運轉的關鍵設備，是工藝生產裝置的心臟。安全生產是最大的節能，壓縮機組控制系統可靠性、壓縮機組控制方案、 壓縮機組本體的優化控制對裝置運行與節能降耗有重要意義。壓縮機調速控制是透平壓縮機組控制的核心，傳統的控制需要多個分立儀表如電子調速器、聯鎖自保系統、負荷調節器等實現。每個分立儀表都需人為操作，且各個系統間的連接和故障率高，這樣整個系統的長周期運行成本非常高。
發明內容本實用新型就是針對上述問題，提供一種系統運行故障率和長周期運行成本低的壓縮機組轉速調節控制系統。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案，本實用新型包括轉速傳感器，控制器，電液轉換器，錯油門油動機；其結構要點控制器分別與轉速傳感器、電液轉換器相連， 電液轉換器、錯油門油動機、汽輪機氣門依次相連。所述轉速傳感器測量轉子的轉速信號送入控制器。所述控制器接收轉速傳感器信號與設定值比較進行PID (比例積分微分)運算，輸出調速控制信號經電液轉換器轉換為二次油壓信號，通過錯油門油動機控制調節氣門的開度控制進入汽輪機的蒸汽流量。作為一種優選方案，本實用新型所述控制器採用三重冗餘(TMR)控制器(如T6300 控制器)。作為另一種優選方案，本實用新型所述調速控制信號為4_20mA的電流信號。作為另一種優選方案，本實用新型所述控制器的功能部分包括測速輸入部分、超速遮斷與超速預防部分、臨界速度問題部分、速度迴路解耦部分、啟動順序部分、閥位限制部分。作為另一種優選方案，本實用新型所述測速輸入部分接收轉速傳感器提供的兩個轉速信號，當兩個轉速信號輸入均正常時，對轉速信號進行低選；若一個轉速信號輸入故障，選取另一個速度值且對輸入故障報警；若兩個轉速信號輸入均故障，執行關閉或將速度迴路切換到手動操作且對輸入故障報警。作為另一種優選方案，本實用新型所述超速遮斷與超速預防部分檢測壓縮機的轉子速度，若壓縮機的轉子速度超過預設置的超速遮斷，則執行壓縮機關閉。作為另一種優選方案，本實用新型所述臨界速度問題部分通過虛擬開關超馳控制臨界速度。[0014]作為另一種優選方案，本實用新型所述速度迴路解耦部分通過串級控制調節壓縮機的速度或入口調節閥的開度來滿足工藝要求。其次，本實用新型所述啟動順序部分提供自動、半自動和手動起動三種起動方式。另外，本實用新型所述閥位限制部分限制執行機構的輸出信號或閥門斬位置，閥位限制部分的輸出與轉速/負荷、輔助控制通道的輸出進行信號低選。本實用新型有益效果(1)本實用新型將轉速傳感器，控制器，電液轉換器，錯油門油動機通過PID控制整合在一起，降低了系統運行故障率和長周期運行成本。(2)可靠性極高的冗餘容錯控制系統。本實用新型採用三重冗餘TMR控制器，提高了系統的可靠性。(3)通過控制器的集成運算控制，使調速控制響應速度快、響應靈敏性高。在正常工況時，使壓縮機的轉速偏差在要求範圍內；在危急工況下，快速關閉調節氣門或主氣門， 使機組快速停機。(4)本實用新型調速控制信號均為4_20mA的電流信號；傳輸效果好。以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明，本實用新型保護範圍不僅局限於以下內容的表述。


圖1是本實用新型電路原理框圖。圖2為本實用新型轉速調節系統邏輯總圖。圖3為本實用新型第三暖機控制邏輯圖。圖4為本實用新型第二臨界區超時計算邏輯。圖5為本實用新型積分係數計算邏輯。圖6為本實用新型轉速PID運算邏輯。
具體實施方式
如
圖1所示，本實用新型包括轉速傳感器，控制器，電液轉換器，錯油門油動機；控制器分別與轉速傳感器、電液轉換器相連，電液轉換器、錯油門油動機、汽輪機氣門依次相連。所述轉速傳感器測量轉子的轉速信號送入控制器。所述控制器接收轉速傳感器信號與設定值比較進行PID運算，輸出調速控制信號經電液轉換器轉換為二次油壓信號，通過錯油門油動機控制調節汽門的開度控制進入汽輪機的蒸汽流量。所述控制器採用三重冗餘(TMR)控制器。所述調速控制信號為4_20mA的電流信號。下面詳述本實用新型控制器的各控制功能部分(1)測速輸入(磁性傳感器〈測速探頭〉輸入)部分本實用新型轉速傳感器為控制器提供兩個轉速信號，轉速信號採用頻率檢測方式。控制器通過控制算法，對控制器進行組態以選擇應用所需的頻率信號，再通過控制器將其轉換成實際轉速，當兩個速度輸入均正常時，速度信號採用低選方式。若一個輸入故障，選取另一個速度值中的最大值。若全部測速輸入故障，根據應用，執行關閉或將速度迴路切換到手動操作，且對於任何故障均報警。(2)超速遮斷與超速預防部分檢測壓縮機的轉子速度，若壓縮機的轉子速度超過預設置的超速遮斷，則執行壓縮機關閉。當壓縮機達到已設置的超速值時，超速功能測試被提供用以驗證超速預防和超速遮斷功能。採用報警以表明/報警壓縮機速度已移至預設置限定以下或以上，且提供低，低-低和高，高-高參數。本實用新型控制器的控制系統使用專業超速保護器和調速器本身自帶的超速保護功能共同實現超速遮斷與超速預防。(3)臨界速度問題部分通常壓縮機具有一個或幾個以諧波頻率或共振頻率振動的臨界速度。速度設定點功能允許對兩個臨界速度範圍的定義。若速度設定點處於臨界速度範圍，其以預定的臨界速度斜率傾斜穿過臨界範圍以最小化壓縮機在臨界速度範圍內運行的時間。若壓縮機不能達到臨界範圍的高一側(由於蒸汽供給不足)，則速度設定點將自動減少至臨界範圍的較低一側。若速度PID處於手動操作，則切換到自動操作。通過設置虛擬開關(帶有安全性特點)可超馳控制臨界速度功能，以滿足壓縮機測試的目的，但常在正常運行期間內被執行。(4)速度迴路解耦部分通過串級控制調節壓縮機的速度或入口調節閥的開度來滿足工藝要求。串級控制指採用兩級PID調節迴路，分別為喘振調節部分和性能調節部分兩部分。當壓縮機進入喘振調節時，有時性能控制部分會同時要求減少流量(如性能控制變量為入口壓力時)，兩個控制迴路是相互反作用的轉速，從而造成系統的不穩定，使機組更加接近喘振。針對這種情況，本實用新型性能控制部分和喘振控制部分會將各自的輸出加權到對方的控制相中去，從而實現解耦控制來使兩個控制迴路協調動作。性能控制部分通過採用超前-滯後解耦條件將其控制行為與其同組迴路(如防喘振)的控制行為相協調。(5)啟動順序部分本實用新型控制器提供三種不同起動方式的選擇自動、半自動和手動起動。組態時必須選擇這三種起動方式的一種，以便使從停機狀態達到最低轉速控制。組態的起動方式和控制器調速系統最低控制轉速將取決於工廠的起動程序和製造廠的建議。若設置暖機轉速(暖機/額定或順序自動起動方式)，控制器將提供自動轉速控制並避開臨界轉速。可以通過控制器的鍵盤，遠程觸點輸入。此外，也能組態一個「允許起動」 的觸點輸入。例如，若跳閘節流或截止閥沒有關閉阻止起動。暖機/額定暖機/額定功能使操作人員能以組態的速率在設置的暖機轉速和額定轉速之間改變轉速。暖機/額定功能還能組態成僅作為自動升至額定轉速功能。自動起動順序自動起動功能使操作人員能從設定的低暖機轉速起動並停留在該轉速下直至設定的暖機時間結束，然後升至設定的高暖機轉速並停留直至設定主高暖機時間結束，最後升至設定的額定轉速給定值。在暖機轉速下的停留時間和加速率取決於是「熱態起動」還是「冷態起動」。「熱態」和「冷態」由的停機時間來確定。當處於熱態和冷態條件之間時，調速系統使用熱態和冷態數據點的內插值來確定合適的起動速率和停留時間。如果必要，能通過編程和採用順序自動起動的暫停/繼續指令來終止和繼續順序自動起動程序。可以通過控制器的鍵盤，遠程觸點輸入來選擇暫停或繼續。此外，順序自動起動能夠組態成自動暫停在每個暖機給定值處。(6)閥位限制部分閥位限制部分限制了執行機構的輸出信號或閥門斬位置，有助於起動和停機。閥位限制部分的輸出與轉速/負荷、輔助控制通道的輸出進行信號低選。最小閥位的控制或閥位限制部分通道控制了閥門的位置，於是閥位限制部分就限制了最大閥門位置，且能通過鍵盤、外部觸點調整閥位限制。閥位限制部分還能用於系統的動態故障查尋。如果認為是TSCS調速系統引起系統不穩定，調整閥位限制部分以手動控制閥門的位置。當以這種方式使用閥位限制器必須注意，不得讓系統達到危險的運行點。在壓縮機驅動壓縮機的應用中，速度控制邏輯可提供壓縮機與壓縮機完整的順序 /啟動。一般來講，速度控制收到一個頻率信號，並且向壓縮機提供輸出信號。速度輸入包括了單個或冗餘信號，可在控制器內執行選擇/決定。如圖3所示，當本實用新型第三暖機啟動時，當實際轉速到達第三暖機轉速時， IDLE (為內部編制好的暖機控制功能塊)功能塊起作用根據第三暖機設定轉速與實際轉速做比較，進行脈衝計時，輸出分別為暖機狀態顯示、暖機倒計時、當前暖機轉速。如圖4所示，當本實用新型第二臨界區使能時，當實際轉速到達第二臨界轉速下限時，對實際轉速在臨界轉速區間進行正計時，臨界區指臨界轉速上、下限的範圍內。當計時時間超出設定的時間，輸出動作啟動報警或跳車。如圖5所示，本實用新型對PID功能塊的積分係數以分段函數方式輸出後作為PID 積分控制部分的輸入信號Ki，然後設定好Ki的最小值、最大值。再計算出實際轉速與設定轉速差的最小值、最大值。根據這4個值確定分段函數的起始和終止區域，Ki的實際變化值根據轉速差的實際值通過PID_AD功能塊(分段函數功能塊)計算得出。如圖6所示，此PID為調節閥實際控制輸出功能塊，做為調速系統的結尾功能塊， 設定轉速在經過一系列的判斷、修正後，與實際轉速的偏差來做為閥門開度的速度基礎參數。在轉速臨界區，放大PID功能塊設定值SP的增長速度，來擴大與實際轉速的偏差， 使得Kp、Ki參數調整步伐加大，閥門以較快的速度打開，使得實際轉速以最快的速度通過臨界區。通過該功能塊實現轉速控制的手自動選擇，在停機下採用手動方式，方便閥門限制器的工作。啟機後完全由自動控制。下面說明本實用新型的程序邏輯本實用新型整體邏輯分為四部分，分別是(1) 啟、停車聯鎖邏輯。啟停車聯鎖邏輯主要是做好PID調速運算邏輯的聯鎖邏輯控制的準備工作，做好前提邏輯，主要完成如下工作a.通過啟動按鈕與汽機具備啟動狀態來判斷汽機的運行狀態，為調速程序做啟動準備。b.通過按鈕與汽機的運行狀態來對閥門限制器的進行手自動選擇及互鎖。c.在手動狀態下，對於開、關閥的內部邏輯限制分別處理。d.當啟動命令有效時，選擇是否需要做超速試驗及輸出控制。e.轉速設定點在升速、降速時的限制邏輯。f.選址轉速升、降速在中斷還是繼續是對兩個命令的本別安全限制處理。g.超速下啟動跳車邏輯。h.汽機啟動後對HMI的按鈕進行全部鎖定。(2)轉速輸入處理邏輯。轉速輸入處理邏輯是為PID調速運算邏輯確定實際轉速。檢測實際轉速，將兩個測速探頭進行內部邏輯處理歸一，轉換成程序需要的實際轉速。對其進行判斷實現3個報警輸出，它們分別是a. —號轉速傳感器的測速探頭故障。b. 二號轉速傳感器的測速探頭故障。c.兩個轉速傳感器的測速探頭全部故障。(3)轉速運算邏輯。轉速運算邏輯中實現暖機轉速及時間、臨界區判斷、停機時間、 額定轉速區判斷邏輯。系統運行後將停機時間初始值置為冷態暖機時間，同時對機組停機時間進行正計時計算，根據汽機停機狀態及冷態暖機闡述、內部定時器來計算下次啟機需要的暖機時間，根據設定好的冷態暖機、熱態暖機及各個暖機時間的輸入設定，對來源於停機時間的暖機時間進行計算，停機時間、冷態時間、熱態時間三個參數進行計算比較，判斷中間參數的取值範圍，在根據選定好的各個暖機時間，分別計算實際需要的各個實際暖機轉速及時間，轉速臨界區邏輯中根據臨界轉速的輸入與實際轉速的比較計算實際轉速在臨界區的時間同時進行超時處理，判斷是否需要停機或降速。(4)PID調整運算邏輯。PID調整運算邏輯，壓縮機調節蒸汽流量時，需考慮兩個基本應用，這樣不管負載變化對壓縮機驅動設備的影響如何，壓縮機將以所需速度運行。為了保持過程應用中的某個壓力/流量，通常採用壓力/流量到速度串級控制方案，且速度必須連續變化以達到過程需要。除基本目標外，壓縮機速度控制還包括了超速保護和臨界速度問題。圖2表明了自動的啟動和關閉順序控制。此外，一些輔助的控制任務，如單閥壓縮機的閥門定位，也可通過速度控制迴路執行。速度控制迴路也可作為為其它壓縮機控制應用提供速度信號的信號源。該部分完成調速控制的主體工作，包括如下步驟a.首先對本實用新型壓縮機的盤車轉速、額定轉速、暖機臨界等各個轉速設定值進行輸入限制控制。b.在第一、二臨界區轉速時，當測振系統檢測的壓縮機軸振動過高，自動將轉速設定值降到上次輸入的設定值處。C.當暖機轉速使能數據選定後，PID設定值SP限制功能塊投入使用，比如SP不能設定在轉速臨界區內，在轉速很低的時候不能將SP設定為額定轉速或超速轉速等等。d.超速使能時，對轉速設定與額定轉速、轉速設定上限的邏輯處理，同時轉速設定值必須避開臨界區(臨界區具體速度來源於壓縮機組的出廠參數)。e.在閥門行程標定邏輯中，首先確定閥門行程的上、下限和行程百分比。根據開、 關閥的實際標定狀態與閥門反饋比較後重新校訂閥門的上、下限。f.在啟機狀態下，自動通過閥門限制部分將閥門放大到閥門的標定上限，動作速度根據內部定時器來調整。在啟機狀態下，轉為手動控制時，自動將閥位限制百分比控制在允許範圍內，避免轉速擾動過大。g.在轉速設定值的加、減操作中，手動分為點動及聯動狀態，點動時轉速上升以給定轉速設定百分比動作，聯動時根據定時器與百分比來判斷，以一定的速度增長轉速。同時要避開臨界轉速區，可以通過額定按鈕設定轉速到額定轉速。h.在順序控制邏輯有效後，轉速設定值根據各個暖機轉速的選擇，自動將轉速升到額定狀態。i.轉速設定值的上升率、下降率計算。j. PID的Kp、Ki斜率控制器的邏輯處理。[0076]k.將上述步驟中做好的各個參數賦值到PID功能塊。可以理解地是，以上關於本實用新型的具體描述，僅用於說明本實用新型而並非受限於本實用新型實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.壓縮機組轉速調節控制系統，包括轉速傳感器，控制器，電液轉換器，錯油門油動機； 其特徵在於控制器分別與轉速傳感器、電液轉換器相連，電液轉換器、錯油門油動機、汽輪機氣門依次相連；所述轉速傳感器測量轉子的轉速信號送入控制器；所述控制器接收轉速傳感器信號與設定值比較進行PID運算，輸出調速控制信號經電液轉換器轉換為二次油壓信號，通過錯油門油動機控制調節氣門的開度控制進入汽輪機的蒸汽流量。
2.根據權利要求1所述壓縮機組轉速調節控制系統，其特徵在於所述控制器採用三重冗餘控制器。
3.根據權利要求1所述壓縮機組轉速調節控制系統，其特徵在於所述調速控制信號為 4-20mA的電流信號。
專利摘要壓縮機組轉速調節控制系統屬於壓縮機組自動化控制技術領域，尤其涉及一種壓縮機組轉速調節控制系統。本實用新型提供一種系統運行故障率和長周期運行成本低的壓縮機組轉速調節控制系統。本實用新型包括轉速傳感器，控制器，電液轉換器，錯油門油動機；其結構要點控制器分別與轉速傳感器、電液轉換器相連，電液轉換器、錯油門油動機、汽輪機氣門依次相連；所述轉速傳感器測量轉子的轉速信號送入控制器；所述控制器接收轉速傳感器信號與設定值比較進行PID(比例積分微分)運算，輸出調速控制信號經電液轉換器轉換為二次油壓信號，通過錯油門油動機控制調節氣門的開度控制進入汽輪機的蒸汽流量。
文檔編號F04B49/06GK202100437SQ20112019487
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者李喆 申請人:遼寧華興森威科技發展有限公司