CN101303030A - 防喘振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属压缩机、鼓风机控制领域，尤其涉及一种压缩机、鼓风机防喘振系统，包括：压缩机组端口数据采集处理模块、温度补偿功能模块、流量补偿功能模块、PID功能模块、防喘振阀门控制模块、运行状态报警模块；压缩机组端口数据采集处理模块将压力值转换成绝对压力值并经运算后，送入到温度补偿功能模块中；所述温度补偿功能模块依据压缩机组端口数据采集处理模块的特征参数，经调整、比较后作为PID功能模块设定值或判断机组状态的比较值；PID功能模块输出的数据经判断、修正后送入防喘振阀门控制模块；温度补偿功能模块的输出值与流量补偿功能模块的输出值经比较后，送入运行状态报警模块进行报警。
Description
技术领域
本发明属压缩机、鼓风机控制领域，尤其涉及一种压缩机、鼓风机防喘振系统。
背景技术
防喘振是各类鼓风机、压缩机的一个特有控制。喘振通常表现为：快速的流量振荡，快速的压力振荡。使风机的流量和压力极其不稳定。由于一般情况下，同时伴随有反向的轴向推力和反向流动，从而造成的间隙改变。从而使风机的效率降低，风机的寿命缩短，对风机造成严重危害。
由于喘振对风机的安全运行有着致命的危害，因此，世界各国的风机控制工程师都在想方设法优化控制：采用先进的算法、采用可靠的硬件、增加智能化的功能等等。最终达到防喘振的目的。
现有防喘振系统，系统设计复杂，运行成本高，防喘振效果不理想。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种经济、安全，运行成本低，防喘振效果理想，具有自学习功能的防喘振系统。
为达到上述目的，本发明是这样实现的：
防喘振系统，包括压缩机组端口数据采集处理模块、温度补偿功能模块、流量补偿功能模块、PID功能模块、防喘振阀门控制模块、运行状态报警模块；压缩机组端口数据采集处理模块将压力值转换成绝对压力值并经运算后，送入到温度补偿功能模块中；所述温度补偿功能模块依据压缩机组端口数据采集处理模块的特征参数，经调整、比较后作为PID功能模块设定值或判断机组状态的比较值；PID功能模块输出的数据经判断、修正后送入防喘振阀门控制模块；温度补偿功能模块的输出值与流量补偿功能模块的输出值经比较后，送入运行状态报警模块进行报警。
作为一种优选方案，本发明所述温度补偿功能模块依据压缩机组数据采集处理模块中入口温度的大小调整输入的过程数，调整后的数值作为PID的设值或作为判断机组是否正常的比较值。
作为另一种优选方案，本发明所述压缩机组端口数据采集处理模块中入口差压通过DP端引入防喘振阀门控制模块中，经过流量补偿运算后，送入PID功能模块中，与温度补偿功能块的输出进行比较后，最终判断机组的工作状态。
本发明系统经济、安全，运行成本低，防喘振效果理想，具有自学习功能。
本发明是基于HIMA ELOPII软件编制的防喘振功能块和上位机基于WIZCON的组态图面。防喘振功能块使用ELOPII软件中的基本块编制。控制的硬件为HIMA 41Q 51Q系统。
本发明系统在控制方面具有如下优点：
1)本发明控制系统的安全性和经济性
一个良好的防喘振控制系统，它不仅具有安全性：能够迅速的动作，以防止喘振的发生，同时，它还应该具有经济性：以最少的放空量或回流量来防止喘振，以减少对工艺的干扰和能源消耗。
目前，正在使用的一些防喘振控制系统工作不好，有些因动作迟缓，起不到防喘振的目的，压缩机经常喘振，正在造成和将要造成鼓风机、压缩机的损坏。还有一些防喘振控制系统，设定点离正常操作点太近，致使经常放空或回流，造成能源的大量浪费。还有许多喘振控制系统都是采用老的算法，控制精度不高。另外一些防喘振控制系统，由于鼓风机、压缩机总是在操作曲线的安全点处运行，远离喘振极限，很少需要放空或打回流，即防喘振控制回路很少使用，人们往往误认为它的操作性能是适当的，实际是存在隐患的。
本发明控制系统，由于采用了先进的控制算法，它补偿了分子量的变化、温度的变化而造成的喘振点移动量，使得当喘振点往右移时，能够及时打开防喘振阀，避免了喘振；而当喘振点往左移时，控制线相应往左移，避免了回流(实际使安全区域增大)降低了能耗。
2)本发明控制系统由于采用了多段折线函数做为喘振控制线，使喘振控制线几乎与喘振线平行，这样，最大限度的扩展了鼓风机、压缩机的安全运行区域，减少了过去采用单参数控制仅是一条直线而造成的不必要的回流，从而节约了能源。
3)本发明控制系统，由于考虑了各控制回路之间的干扰，采用了解藕技术，使喘振控制的精度更高，从而使鼓风机、压缩机能安全地在接近喘振极限的操作点运行，大大地拓宽了风机的安全区域，使风机的回流量减至最少，大大地减少了能耗。
本发明控制系统具备传统的回路控制器及可编程逻辑控制器(PLC)的性能，它的主要特点是：
1)逻辑运算功能
每一台压缩机的防喘振控制方案都是按照相应压缩机的具体性能曲线订制出来的。
一般情况下：涉及到的输入参数有：入口压力、出口压力、入口流量、出口流量、入口温度、出口温度等等。涉及到的输出参数有：阀位开度、电磁阀、限位行程开关、趋近报警、逆转停机等等。
2)温度补偿功能
压缩机的特性曲线会随着环境温度的变化而发生改变，温度的变化对压缩机的控制会造成不良的影响，ASCS控制系统具有温度补偿功能，它可以根据温度的变化自动偏移防喘振曲线(Anti-SurgeLine)，以适应机组的特性。在夏季时，防喘振曲线向右移，冬季时向左移。
3)快开慢关功能
任何一台机组在发生喘振时，都希望防喘振控制系统能快速响应，快速打开防喘振阀门，以防止危险发生；但在关闭阀门的过程中，也希望能慢慢地关闭，以防止发生喘振震荡，本发明控制系统便具有这种快开慢关的功能，在接到喘振信号后，它能够快速、及时的打开防喘振阀门，在关闭阀门时，控制信号也将以指数函数慢慢关闭阀门。
4)半自动、自动、全手动功能
本发明控制系统与其它控制器一样都具有手动与自动切换功能。但在手动方式下，操作员难免会发生误操作，本发明控制系统特有的手自动功能便能克服这一缺点，它可以自动检测操作员送来的信号，若信号错误，它便不接收而仍设为默认值，以保证机组的安全运行，在全手动下，可脱离喘振控制，即使在喘振情况下也可以进行开、关阀操作。在系统正常运行时，一定要注意。
5)防止积分饱和功能
在关闭防喘振阀门的过程中，阀门开度的实际测量值与设定值之间总存在着差值，因此在PID调节过程中，会对其不断的进行积分运算，发生积分饱和现象，这会影响再次打开阀门的速度。本发明控制系统的防止积分饱和功能正是为解决这一问题而产生，它设定了积分值的上下限，使积分值不能越过该上下限，保证了防喘振阀门的灵敏度。
6)在防喘振控制线附近进行PID循环控制
本发明控制系统在软件中建立防喘振控制线(Anti-Surge Line)，它在喘振线(Surge Line)的右侧，当压缩机运行在防喘振控制线(ASL)右侧时，本发明控制系统的输出为20mA，防喘振阀完全关闭；当压缩机操作点即将到达喘振控制线(ASL)时，防喘振算法设计为打开防喘振阀，当操作点(Operate-Point)缓慢移动时，防喘振控制将以PID回路控制防喘振阀，使OP保持在控制点处。
7)到喘振控制快开线进行开路控制
ASCS控制系统，在软件中建立了喘振控制快开线(ASQL)。它在喘振控制线(ASL)的左侧，在喘振线(SL)的右侧，这对于较大的扰动是有效的，如果防喘振控制无法将OP保持在控制点处，OP仍向左移动，一旦OP到达快开线(ASQL)，防喘振控制将由控制器输出一阶跃信号，将防喘阀开至预定开度。
8)死区带来的稳定性
死区是可以设定的，如果PV-SV在设定的范围内，则ASCS控制系统的输出不变化，这样可以避免小的波动造成不断的调整保证了控制的稳定性。
9)手动超驰功能
当PV-SV超过一定的限制，手动操作将被旁路，这有效的防止了人工误操作，从而使系统变得更加理性。
10)自学习功能
当PID功能控制无效，或不能解决问题时，工作点向喘振线移动。当工作点接触到快开线时，自学习功能启动，防喘振线向下移动一定的幅度。见小安全区间增加系统的安全性。自学习次数可以累加5次并有清零功能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。但本发明的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。
图1为本发明的系统控制流程框图；
图2为本发明主要控制模块图；
图3为本发明防喘振功能块电路原理图；
图4为本发明第一防喘振子功能块电路原理图；
图5为本发明第二防喘振子功能块电路原理图；
图6为本发明第三防喘振子功能块电路原理图；
图7为本发明第四防喘振子功能块电路原理图；
图8为本发明第五防喘振子功能块电路原理图。
具体实施方式
如图1～8所示，防喘振系统，包括压缩机组端口数据采集处理模块、温度补偿功能模块、流量补偿功能模块、PID功能模块、防喘振阀门控制模块、运行状态报警模块；压缩机组端口数据采集处理模块将压力值转换成绝对压力值并经运算后，送入到温度补偿功能模块中；所述温度补偿功能模块依据压缩机组端口数据采集处理模块的特征参数，经调整、比较后作为PID功能模块设定值或判断机组状态的比较值；PID功能模块输出的数据经判断、修正后送入防喘振阀门控制模块；温度补偿功能模块的输出值与流量补偿功能模块的输出值经比较后，送入运行状态报警模块进行报警。所述温度补偿功能模块依据压缩机组数据采集处理模块中入口温度的大小调整输入的过程数，调整后的数值作为PID的设值或作为判断机组是否正常的比较值。所述压缩机组端口数据采集处理模块中入口差压通过DP端引入防喘振阀门控制模块中，经过流量补偿运算后，送入PID功能模块中，与温度补偿功能块的输出进行比较后，最终判断机组的工作状态。
本发明是基于HIMA ELOPII软件编制的防喘振功能块和上位机基于WIZCON的组态图面。防喘振功能块使用ELOPII软件中的基本块编制。控制的硬件为HIMA 41Q 51Q系统。
本发明性能控制参数采用的是出口的压力，或出口流量(温度、压力)单参数控制，具体的数学模型为：Pd＝Pd0h＝h0&h＝f(Pd、Td)其中：h为节流元件的差压，并且是通过温压补偿的标准状态数值Pd、Td为压缩机的出口压力、温度；
Pd0为压缩机的出口恒压设定值；
h0为压缩机的出口恒流量设定值；
控制参数介绍
涉及到的输入参数有：入口压力、出口压力、入口流量、出口流量、入口温度、出口温度等等。涉及到的输出参数有：阀位开度、电磁阀、限位行程开关、趋近报警、逆转停机等等。
| 变量名称 | 变量说明 | 变量类型 | 输入/输出 |
| ASCSVALVE | 防喘振阀位输出 | UINT | 输出 |
| KUAIKAI | 快开报警输出 | BOOL | 输出 |
| TIAOBIAN | 跳变报警输出 | BOOL | 输出 |
| ALERM | 非安全状态报警输出 | BOOL | 输出 |
| PV | 调节过程量 | REAL | 输出 |
| SP | 调节设定点 | REAL | 输出 |
| X | X轴工作点 | REAL | 输出 |
| X1 | 动态曲线点1坐标 | REAL | 输出 |
| Y1 | 动态曲线点1坐标 | REAL | 输出 |
| X2 | 动态曲线点2坐标 | REAL | 输出 |
| Y2 | 动态曲线点2坐标 | REAL | 输出 |
| X3 | 动态曲线点3坐标 | REAL | 输出 |
| Y3 | 动态曲线点3坐标 | REAL | 输出 |
| X4 | 动态曲线点4坐标 | REAL | 输出 |
| Y4 | 动态曲线点4坐标 | REAL | 输出 |
| X5 | 动态曲线点5坐标 | REAL | 输出 |
| Y5 | 动态曲线点5坐标 | REAL | 输出 |
| STDCOUNT | 自学习记数 | INT | 输出 |
| X6 | 动态曲线点6坐标 | REAL | 输出 |
| X7 | 动态曲线点7坐标 | REAL | 输出 |
| X8 | 动态曲线点8坐标 | REAL | 输出 |
| X9 | 动态曲线点9坐标 | REAL | 输出 |
| X10 | 动态曲线点10坐标 | REAL | 输出 |
| Y6 | 动态曲线点6坐标 | REAL | 输出 |
| Y7 | 动态曲线点7坐标 | REAL | 输出 |
| Y8 | 动态曲线点8坐标 | REAL | 输出 |
| Y9 | 动态曲线点9坐标 | REAL | 输出 |
| Y10 | 动态曲线点10坐标 | REAL | 输出 |
| RUKOUP | 入口压力(绝压) | REAL | 输入 |
| CHUKOUP | 出口压力(绝压) | REAL | 输入 |
| DP | 入口差压(流量) | REAL | 输入 |
| RUKOUTEMP | 入口温度 | REAL | 输入 |
| KUAIKAISET | 快开线余量设定 | REAL | 输入 |
| TIAOBIANSET | 跳变线余量设定 | REAL | 输入 |
| ALERMSET | 非安全区报警设定 | REAL | 输入 |
| RUN/TEST | 运行/测试切换 | BOOL | 输入 |
| MAN/AUTO | 半自动/自动切换 | BOOL | 输入 |
| TEMPTEST | 测试温度设定 | REAL | 输入 |
| TEMPAR | 温度补偿变量 | REAL | 输入 |
| KUAIKP | PID KP1 | UINT | 输入 |
| MANKP | PID KP2 | UINT | 输入 |
| KUAIKI | PID KI1 | UINT | 输入 |
| MANKI | PID KI2 | UINT | 输入 |
| TESTPRESS | 测试压力设定 | REAL | 输入 |
| MANUP | 手动开阀 | BOOL | 输入 |
| MANDOWN | 手动关阀 | BOOL | 输入 |
| DEADBAND | 死区设定值 | REAL | 输入 |
| STDSET | 自学习设定值 | REAL | 输入 |
| STDRESET | 自学习复位 | BOOL | 输入 |
程序控制说明：
程序主要采集的数据有，RUKOUP压缩机组的入口压力，CHUKOUP压缩机组的出口压力，DP压缩机组的入口差压(流量)RUKOUTEMP压缩机组的入口温度。这些控制点数据都将连接到主要控制功能块的管脚上。
根据控制逻辑流程图，压缩机组的入口压力和压缩机组的出口压力将被转换成绝对压力，之后将进行除法运算，所得的值将被输入到一个折线计算功能块CURVE中，(见图4～8)，这个子功能块的作用是将输入的数值X按照一定的X-Y折线比率转换为Y输出，在坐标系中输入和输出数值将可以构成一个X-Y轴的坐标系。通过这个折线功能块输出的数值将被送入温度补偿功能块中。
这里重申一下输入温度补偿功能块的数值就是压缩机组的入口压力和压缩机组的出口压力的比值后经过折线运算的数值。温度补偿功能块的作用是根据压缩机组的入口温度的大小调整输入的过程数，也就是根据压缩机入口温度的变化调整压缩机组的入口压力和压缩机组的出口压力的比值后经过折线运算的数值。调整后的数值可以作为PID设定的数值也可以作为判断机组是否正常的一个比较数值。压缩机组的入口差压(流量)通过DP端引入控制功能块中，流量形式为差压，在经过一定的流量补偿运算后的数值将输入到PID功能块的过程值端，并和温度补偿功能块的输出做比较决定机组目前的工作状态是否正常，是否需要进行防喘振的调节。PID的输出最终连接到防喘振阀门的输出控制点上。在PID的输出值后需要进行数值判断，判断PID调节的数值是否合理如果不合理将把数值修正到正常的输出范围。之后数值将加到阀门的输出点上进而控制阀门的开度。PID的设定值是温度补偿功能块的输出值，PID的过程值是流量值经过补偿的输出值，当设定值小于输出值时，认为机组是正常运行的PID的输出判断将是关闭阀门，直到防喘振阀门全部关闭，这是一个慢关的过程。当设定值大于输出值时，认为机组不是正常运行的，机组进行防喘振控制，PID的输出判断将是打开阀门。这是一个快开的过程。温度补偿功能块的输出过程值和流量补偿后的输出过程值进行需要进行比较，依此作为判断是否机组正常运行的一个机制。当温度补偿功能块的输出过程值大于流量补偿后的输出过程值时，认为机组运行在非安全状态，当温度补偿功能块的输出过程值小于流量补偿后的输出过程值，认为机组运行在安全状态，两者的差值被赋值为Y.Y值表示两个量的偏差有多大。当Y值小于一定的值(ALERMSET非安全区报警设定)，例如50时，这时认为温度补偿功能块的输出过程值和流量补偿后的输出过程值很接近，即机组运行在安全的区域但距离非安全的区域很近了。这时主功能块的alerm端输出为bool值的1，表示机组的运行状态报警，机组接近非安全的区域了。当Y值为小于0值时，这时认为流量补偿后的输出过程值小于温度补偿功能块的输出过程值，即机组运行在非安全的区域。根据这个大于或小于的状态，决定PID是在开阀还是关阀，并决定PID调节的速度，即快开或是慢关。当Y值为小于一定的值(TIAOBIANSET跳变线余量设定)时，这时认为机组运行在非安全的区域，并PID调整的开阀速度不够，需要增加开阀的程度。这时防喘振阀将在原来的基础上再快速的打开一个裕量，保证机组的尽快打开。详细的说明，可以参见功能说明部分当Y值为小于一定的值(KUAIKAISET快开线余量设定)时，这时认为机组运行在非安全的区域，并PID调整的开阀速度不够，需要增加开阀的程度。这时防喘振阀将在原来的基础上全部打开，保证机组的完全打开。
Claims (3)
1、防喘振系统，其特征在于，包括：压缩机组端口数据采集处理模块、温度补偿功能模块、流量补偿功能模块、PID功能模块、防喘振阀门控制模块、运行状态报警模块；压缩机组端口数据采集处理模块将压力值转换成绝对压力值并经运算后，送入到温度补偿功能模块中；所述温度补偿功能模块依据压缩机组端口数据采集处理模块的特征参数，经调整、比较后作为PID功能模块设定值或判断机组状态的比较值；PID功能模块输出的数据经判断、修正后送入防喘振阀门控制模块；温度补偿功能模块的输出值与流量补偿功能模块的输出值经比较后，送入运行状态报警模块进行报警。
2、按照权利要求1所述的防喘振系统，其特征在于：所述温度补偿功能模块依据压缩机组数据采集处理模块中入口温度的大小调整输入的过程数，调整后的数值作为PID的设值或作为判断机组是否正常的比较值。
3、按照权利要求1所述的防喘振系统，其特征在于：所述压缩机组端口数据采集处理模块中入口差压通过DP端引入防喘振阀门控制模块中，经过流量补偿运算后，送入PID功能模块中，与温度补偿功能块的输出进行比较后，最终判断机组的工作状态。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: SHENYANG CHUANGSIDA TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHUANGSIDA AUTOMATION SYSTEM CO., LTD., SHENYANG Effective date: 20120405 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120405 Address after: 110004, Heping District, Heping District, Liaoning, No. 22, No. 11, Miyoshi international, Shenyang Patentee after: Shenyang truestar Technology Co. Ltd. Address before: 110004, Heping District, Heping District, Liaoning, No. 22, No. 11, Miyoshi international, Shenyang Patentee before: Chuangsida Automation System Co., Ltd. |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160722 Address after: 110004, room 22, 1102 Miyoshi street, Heping District, Liaoning, Shenyang Patentee after: Truestar (Liaoning) Environmental Protection Engineering Co. Ltd. Address before: 110004, Heping District, Heping District, Liaoning, No. 22, No. 11, Miyoshi international, Shenyang Patentee before: Shenyang truestar Technology Co. Ltd. |