CN104061144A

CN104061144A - 综合压缩机组控制系统及其防喘振控制方法

Info

Publication number: CN104061144A
Application number: CN201310091793.8A
Authority: CN
Inventors: 唐蓉
Original assignee: Beijing Kang Jisen Automation Equipment Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Kang Jisen Automation Equipment Technology Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明公开了一种综合压缩机组控制系统及其防喘振控制方法，综合压缩机组控制系统包括集防喘调节、联锁自保、调速控制和负荷调节功能于一体的TMR控制装置，所述TMR控制装置为三重模件冗余容错控制装置，所述TMR控制装置分别与透平压缩机组和驱动所述透平压缩机组的汽轮机连接，还包括分别与所述TMR控制装置连接的操作台、工程师站、SOE站和操作员站。本发明提供的综合压缩机组控制系统的优点：低成本、低工程费用、低安装费用、安装空间减小、现场仪表费用降低；没有各种单功能控制器之间通讯的时间延迟；没有各种单功能控制器之间繁琐的连接；系统连续安全、稳定工作的时间长。

Description

综合压缩机组控制系统及其防喘振控制方法

技术领域

本发明涉及控制系统，具体涉及一种综合压缩机组控制系统及其防喘振控制方法。

背景技术

现有的压缩机组多为传统的分散型控制模式，即采用单回路仪表实现压缩机防喘振控制和负荷控制；汽轮机调速及超速保护一般会采用单独的盘装控制器；机组的联锁保护则一般采用小型PLC或机械式继电器搭接，机组的其他一般控制回路（如油压、液位等）则在DCS中实现，机组的日常监控和操作由DCS执行。这样，一套（台）机组所需要的控制将在多个仪表单元系统或控制器内实现，这些系统之间的信息传递一般采用的是硬线连接或速度较慢的MODBUS通讯协议完成。

该种控制系统存在以下缺点：维护成本高、综合工程费用高、综合安装费用高、现场仪表费用高；占用安装空间大；各种单功能控制器之间通讯的时间延迟；各种单功能控制器之间连接繁琐；系统连续安全、稳定工作的时间短、故障高、停机次数多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有压缩机组控制系统较复杂、安全性能差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种综合压缩机组控制系统，包括集防喘调节、联锁自保、调速控制和负荷调节功能于一体的TMR控制装置，所述TMR控制装置为三重模件冗余容错控制装置，所述TMR控制装置分别与透平压缩机组和驱动所述透平压缩机组的汽轮机连接，还包括分别与所述TMR控制装置连接的为其控制提供本地操作方式的操作台、用于编程及诊断故障的工程师站、用于记录事件顺序的SOE站和操作员站。

在上述综合压缩机组控制系统中，所述TMR控制装置和操作台之间硬接线，所述TMR控制装置通过冗余MODBUS方式通讯到第三方DCS。

在上述综合压缩机组控制系统中，所述TMR控制装置与透平机压缩机组信号通过硬接线连接。

在上述综合压缩机组控制系统中，所述TMR控制装置与工程师站、SOE站和操作员站是通过网线或光缆连接通讯的。

在上述综合压缩机组控制系统中，所述透平压缩机组包括冷激气压缩机组、合成气压缩机组、氨冷冻压缩机组和空分压缩机组。

在上述综合压缩机组控制系统中，所述TMR控制装置包括电源模块、主处理器、I/O模块、通讯模块、端子板、机架、ELCO电缆。

本发明还提供了一种上述综合压缩机组控制系统的防喘振控制方法，包括以下步骤：

A10、根据测得的透平压缩机组的相应参数并利用以下公式进行计算不同时刻点的Pd/Ps和%h/Ps：

ne = \frac{k - 1}{k * np}

c = \frac{MaxFlow (lb / \min)}{\sqrt{\frac{100 * Ps * MW}{Ts (degR) * Z}}}

\frac{Pd}{Ps} = {(\frac{Head * MW * ne}{1545 * Ts (degR)} + 1)}^{\frac{1}{ne}}

Flow (lb / \min) = \frac{Flow (acfm) * Ps (psia) * MW}{10.73 * Ts (degR) * Z}

\frac{% h}{Ps} = {(\frac{MaxFlow (lb / \min)}{C * Ps})}^{2} * \frac{Ts * Z}{MW}

其中，Ts为入口温度，Mw为介质分子量，k为绝热系数，n_p为压缩效率，n_e为中间系数，Z为压缩系数，C为音速转换系数，%h为孔板压差比，Ps为入口压力，Pd为出口压力，Flow为入口流量，Max Flow为最大入口流量；

A20、选取3-5个时刻点，以Pd/Ps为纵坐标，%h/Ps为横坐标，绘制喘振曲线；

A30、根据所述喘振曲线划定安全边界，当透平压缩机组工作过程中的工作点进入所述安全边界接近喘振曲线时，打开回流阀泄压防止喘振的发生。

本发明提供的综合压缩机组控制系统的优点：低成本、低工程费用、低安装费用、安装空间减小、现场仪表费用降低；没有各种单功能控制器之间通讯的时间延迟；没有各种单功能控制器之间繁琐的连接；系统连续安全、稳定工作的时间长。

附图说明

图1为本发明提供的综合压缩机组控制系统的结构示意图；

图2为本发明提供的防喘振控制曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的综合压缩机组控制系统包括一套集防喘调节、联锁自保、调速控制和负荷调节功能于一体的TMR控制装置，TMR控制装置为三重模件冗余容错控制装置。

TMR控制装置包括电源模块、主处理器、I/O模块、通讯模块、端子板、机架、ELCO电缆。其中主处理器、I/O模块、ECLO电缆都是三重的，而电源模块、通讯模块为双重的。TMR控制装置有三个主处理器，每一个主处理器的CPU为32位、50MHZ，16M的RAM，工作方式为3-2-1-0。其32位浮点协处理器的使用得到了TUV6级的安全认证。系统中所有的I/O信号都要经过硬件的三取二表决。从用户的角度来看，系统的使用非常简单。用户只要将传感器和输出回路的接线接在一个接线端子上，只需要编写一套应用程序，使用起来和“单”的控制系统一样方便，但是可靠性和可用性上却大大提高，这对于高危险、高风险的工业环境和厂区的控制是非常必要的，降低了生产风险。

TMR控制装置分别与透平压缩机组和驱动透平压缩机组的汽轮机连接，还包括分别与TMR控制装置连接的操作台，用于编程及诊断故障的工程师站、SOE站，及用于操作和演示的操作员站。本实施方式中透平压缩机组包括冷激气压缩机组、合成气压缩机组、氨冷冻压缩机组和空分压缩机组等类型（按化工工艺分）。

TMR控制装置和操作台之间硬接线，若距离超过一定限制需要使用远程系统，便于远距离信号的可靠安全性传输。TMR控制装置与第三方DCS通常通过冗余MODBUS方式通讯。TMR控制装置与透平机压缩机组通过硬接线连接。TMR控制装置与操作员站、工程师站、SOE站是通过网线或光缆连接通讯的。

综合压缩机组控制系统即ITCC(Integrated Turbine & Compressor ControlSystem)，它将传统上需要多个分立仪表单元如防喘调节器、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性极高的三重模件冗余容错（TMR）控制装置中完成。

本实施方式提供的ITCC系统采用美国TRICON系统，是三重化的安全控制系统，版本V10，连续满足并获得国际标准化组织的多项认证：TUV、CSA、FM、IEC、UL、CE、G3等等。

ITCC系统基于一套TRICON三冗余硬件平台和专业软件包，以实现机组的防喘振控制、调速控制、抽汽控制、性能控制、超速保护、相关报警、联锁控制、操作监控等机组有关的工艺控制和保护功能。

高度可靠和集成的硬件平台减少了传统上各个仪表单元间的交叉连接和通讯，降低了系统的故障率及设备长周期运行成本；先进、专业和成熟的专用控制软件将使得机组工作运行更加平稳、高效和安全；同时，良好的人机监控界面和灵活开放的编程方式将为用户的维护提供最大的帮助和便利。

综合压缩机组控制系统可广泛用于蒸汽透平压缩机组、旋转式压缩机、往复机、发电机组、燃气轮机、风机、烟机等关键设备的控制，并在石油、化工、煤化工、天然气管线、电力、冶金、海上平台等行业为机组控制提供其解决方案。

本发明提供的综合压缩机组控制系统的特点：主处理器和I/O卡件完全三重化；I/O点通道间隔离，通道与现场隔离；系统应用程序可进行在线修改和下装，系统卡件发生故障，可在线进行卡件的更换；系统容量大，可方便扩展，适合机群控制；系统具有专业的透平和压缩机控制软件，可综合控制机组的性能、喘振、转速及其辅助系统如油压、油温、振动等；机组的性能、喘振、转速控制之间真正实现无缝联接，机组控制运行效率高；系统的执行时间小于50毫秒，可保证防喘振的快速响应；系统的SOE的分辨率为毫秒级，可分析任一造成停车事故的原因；系统不会因单点的故障而导致系统失效，系统的可靠性和可用率都非常高(>99.999%)，可保证机组连续长周期运行，减少误动作及停车时间。

ne = \frac{k - 1}{k * np}

c = \frac{MaxFlow (lb / \min)}{\sqrt{\frac{100 * Ps * MW}{Ts (degR) * Z}}}

\frac{Pd}{Ps} = {(\frac{Head * MW * ne}{1545 * Ts (degR)} + 1)}^{\frac{1}{ne}}

Flow (lb / \min) = \frac{Flow (acfm) * Ps (psia) * MW}{10.73 * Ts (degR) * Z}

\frac{% h}{Ps} = {(\frac{MaxFlow (lb / \min)}{C * Ps})}^{2} * \frac{Ts * Z}{MW}

A20、选取3-5个时刻点，以Pd/Ps为纵坐标，%h/Ps为横坐标，绘制喘振曲线，选取的时刻点的数据如下表所示：

依据上表绘制的喘振曲线参见图2，图中h/p（%）即为%h/Ps；

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.综合压缩机组控制系统，其特征在于，包括集防喘调节、联锁自保、调速控制和负荷调节功能于一体的TMR控制装置，所述TMR控制装置为三重模件冗余容错控制装置，所述TMR控制装置分别与透平压缩机组和驱动所述透平压缩机组的汽轮机连接，还包括分别与所述TMR控制装置连接的为其控制提供本地操作方式的操作台、用于编程及诊断故障的工程师站、用于记录事件顺序的SOE站和操作员站。

2.如权利要求1所述的综合压缩机组控制系统，其特征在于，所述TMR控制装置和操作台之间硬接线，所述TMR控制装置通过冗余MODBUS方式通讯到第三方DCS。

3.如权利要求1所述的综合压缩机组控制系统，其特征在于，所述TMR控制装置与透平机压缩机组信号通过硬接线连接。

4.如权利要求1所述的综合压缩机组控制系统，其特征在于，所述TMR控制装置与工程师站、SOE站和操作员站是通过网线或光缆连接通讯的。

5.如权利要求1所述的综合压缩机组控制系统，其特征在于，所述透平压缩机组包括冷激气压缩机组、合成气压缩机组、氨冷冻压缩机组和空分压缩机组。

6.如权利要求1所述的综合压缩机组控制系统，其特征在于，所述TMR控制装置包括电源模块、主处理器、I/O模块、通讯模块、端子板、机架、ELCO电缆。

7.综合压缩机组控制系统的防喘振控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

ne = \frac{k - 1}{k * np}

c = \frac{MaxFlow (lb / \min)}{\sqrt{\frac{100 * Ps * MW}{Ts (degR) * Z}}}

\frac{Pd}{Ps} = {(\frac{Head * MW * ne}{1545 * Ts (degR)} + 1)}^{\frac{1}{ne}}

Flow (lb / \min) = \frac{Flow (acfm) * Ps (psia) * MW}{10.73 * Ts (degR) * Z}

\frac{% h}{Ps} = {(\frac{MaxFlow (lb / \min)}{C * Ps})}^{2} * \frac{Ts * Z}{MW}