CN109469639A - 用于具有基于速度的子系统的压缩机的控制系统、合成设备和控制方法 - Google Patents

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Abstract

控制系统(200)布置成用于由旋转发动机驱动的旋转压缩机，且包括：第一控制子系统(210)、第二控制子系统(220)和选择器(230)；所述第一控制子系统(210)布置成提供随所述压缩机的性能(21)而变的第一控制信号(26)；所述第二控制子系统(220)布置成提供随所述压缩机的速度(22)而变的第二控制信号(27)；所述选择器(240)布置成选择所述第一控制信号(26)或所述第二控制信号(27)作为第三控制信号(24)以提供到所述发动机的功率控制输入。

Description

用于具有基于速度的子系统的压缩机的控制系统、合成设备 和控制方法
技术领域
本文中所公开的主题的实施例对应于用于由旋转发动机驱动的旋转压缩机的控制系统、合成设备和控制方法。
背景技术
包括由发动机驱动的压缩机的装置非常普遍，尤其在“石油和天然气”领域内。
用于此类装置的典型的控制系统，例如随附图1中所展示的系统100，基于压缩机的(检测到的)抽吸压力101确定(框102)负载需求103，接着基于先前确定的负载需求103确定(框104)速度设定点105，且最后基于先前确定的速度设定点105和压缩机的(检测到的)转速107确定(框106)控制信号108；如此确定的控制信号108被馈送到发动机的控制输入。举例来说，美国专利第3,979,655号中公开此类型的控制系统。
如果来自压缩机上游或下游的单元的干扰效应或压缩机与所述单元之间的相互作用的效应在压缩机速度上和/或在受控制性能变量上为恒定的，那么此类典型的控制系统运行良好；例如，如果压缩机的入口处的气体混合物的组合物保持绝对恒定或至少非常恒定，那么这也适用。
举例来说，在合成设备中使用上文所提及的装置以用于生产氨。用于生产氨的已知过程的实例是可从KBR授权的将在下文被称为“KBR过程”的过程。
举例来说，在合成设备中，在压缩机上游存在布置成制备待由压缩机处理的气体混合物(常常含有氢和/或氮和/或一氧化碳)的单元。尽管所述设备被设计成将气体混合物的组合物维持恒定，但这些单元中的一个或多个在某些操作状况下可不利地影响组合物。举例来说，在实施“KBR过程”的氨设备中，在压缩机系统(包括两个压缩机)上游存在所谓的“纯化器”(包括冷凝重整器)，所述纯化器可引起气体混合物的组合物的变化。
在此类合成设备中，归因气体混合物的组合物的(大幅)变化和压缩机的转速的(大幅)变化，典型的控制系统在相反的方向上实施控制动作以抑制干扰。出于此原因，控制系统必须从“自动模式”或“自动控制”切换成“手动模式”或“手动控制”以避免扩大扰乱及达到不稳定状况；在一些时间之后，控制系统切换回到“自动模式”或“自动控制”。这意味着控制系统是半自动的。
需要具有全自动控制系统，其调整压缩机的转速以补偿压缩机的入口处的气体混合物的组合物的变化。
发明内容
本文中所公开的主题的第一实施例涉及一种用于由旋转发动机驱动的旋转压缩机的控制系统。
根据此类第一实施例，一种用于由旋转发动机驱动的旋转压缩机的控制系统包括：第一控制子系统、第二控制子系统和选择器；所述第一控制子系统包括：性能输入，其布置成接收指示所述旋转压缩机的性能的第一测量信号；和第一控制输出，其布置成提供随所述第一测量信号而变的第一控制信号；所述第二控制子系统包括：速度输入，其布置成接收指示所述旋转压缩机或所述旋转发动机的转速的第二测量信号；和第二控制输出，其布置成提供随所述第二测量信号而变的第二控制信号；所述选择器包括：第一输入，其电连接到所述第一控制输出；第二输入，其电连接到所述第二控制输出；和第三控制输出，其布置成将第三控制信号提供到所述旋转发动机的功率控制输入；所述选择器布置成选择所述第一控制信号或所述第二控制信号作为所述第三控制信号以在所述第三控制输出处提供。
本文中所公开的主题的第二实施例涉及一种合成设备。
根据此类第二实施例，所述合成设备包括：旋转压缩机，其包括入口和出口，其中所述入口布置成接收气体混合物；旋转发动机，其驱动所述旋转压缩机；和如上文所阐述的控制系统。
本文中所公开的主题的第三实施例涉及一种控制由旋转发动机驱动的旋转压缩机的方法。
根据此类第三实施例，所述方法包括以下步骤：测量所述旋转压缩机的参数，所述参数指示所述旋转压缩机的性能；产生随所述参数而变的第一控制信号；测量所述旋转压缩机或所述旋转发动机的转速；产生随所述转速而变的第二控制信号；通过在所述第一控制信号与所述第二控制信号之间选择而产生第三控制信号；和将所述第三控制信号提供到所述旋转发动机的控制输入端子。
除了上述实施例之外，本文还提供以下技术方案：
技术方案1.一种用于由旋转发动机驱动的旋转压缩机的控制系统(200)，其包括：
A)第一控制子系统(210)，其包括：
-性能输入(211)，其布置成接收指示所述旋转压缩机的性能的第一测量信号(21)，和
-第一控制输出(212)，其布置成提供随所述第一测量信号(21)而变的第一控制信号(26)；
B)第二控制子系统(220)，其包括：
-速度输入(221)，其布置成接收指示所述旋转压缩机或所述旋转发动机的转速的第二测量信号(22)，和
-第二控制输出(222)，其布置成提供随所述第二测量信号(22)而变的第二控制信号(27)；
C)选择器(240)，其包括：
-第一输入(241)，其电连接到所述第一控制输出(212)，
-第二输入(242)，其电连接到所述第二控制输出(222)，和
-第三控制输出(244)，其布置成将第三控制信号(24)提供到所述旋转发动机的功率控制输入，
其中所述选择器(240)布置成选择所述第一控制信号(26)或所述第二控制信号(27)作为所述第三控制信号(24)以在所述第三控制输出(244)处提供。
技术方案2.根据技术方案1所述的控制系统(200)，其特征在于：所述选择器(240)布置成在至少以下条件中的一个或多个下选择所述第二控制信号(27)而非所述第一控制信号(26)：
-所述第二控制信号(27)高于所述第一控制信号(26)，
-所述第二控制信号(27)低于所述第一控制信号(26)。
技术方案3.根据技术方案1所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第二控制子系统包括PID类型的第一速度控制器(522)，其优选地仅使用P项和I项，其中所述第一速度控制器(522)布置成基于所述第二测量信号(56)和速度下限(57)确定控制信号(55-2A)，且在输出处提供所述控制信号。
技术方案4.根据技术方案3所述的控制系统(500)，其特征在于：包括第一选择器(540A)，所述第一选择器布置成当所述第二测量信号(56)具有低值时在所述第一速度控制器(522)的所述输出处选择所述控制信号(55-2A)。
技术方案5.根据技术方案1或3或4所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第二控制子系统包括PID类型的第二速度控制器(526)，其优选地仅使用P项和I项，其中所述第二速度控制器(526)布置成基于所述第二测量信号(56)和速度上限(58)确定控制信号(55-2B)，且在输出处提供所述控制信号。
技术方案6.根据技术方案5所述的控制系统(500)，其特征在于：包括第二选择器(540B)，所述第二选择器布置成当所述第二测量信号(56)具有高值时在所述第二速度控制器(526)的所述输出处选择所述控制信号(55-2B)。
技术方案7.根据任一前述技术方案所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第一控制子系统布置成计算作为性能设定点(51)与所述第一测量信号(52)之间的差的性能误差信号(53)。
技术方案8.根据技术方案7所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第一控制子系统包括负载控制器(514)，所述负载控制器布置成基于所述性能误差信号(53)确定负载需求(54)。
技术方案9.根据技术方案8所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第一控制子系统包括转换器(516)，所述转换器布置成基于所述负载需求(54)确定控制信号(55-1)。
技术方案10.根据技术方案9所述的控制系统(500)，其特征在于：所述转换器(516)是分裂转换器且布置成交替地提供控制信号(55-1)和防喘振控制信号(93)。
技术方案11.根据前述技术方案中任一项所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第一和/或第二子系统(210)的所述性能输入(211)布置成接收指示所述旋转压缩机的抽吸压力的测量信号(21)。
技术方案12.一种合成设备(1000)，其包括：
-旋转压缩机(350)，其包括入口(352)和出口(353)，其中所述入口(352)布置成接收气体混合物(38)；
-旋转发动机(360)，其驱动所述旋转压缩机(350)；和
-根据前述技术方案中任一项所述的控制系统(300)。
技术方案13.根据技术方案12所述的设备(1000)，其特征在于：所述旋转发动机(360)是蒸汽涡轮。
技术方案14.根据技术方案12或13所述的设备(1000)，其特征在于：在所述旋转压缩机(350)上游包括重整器(370)，其中所述重整器(370)包括流体地连接到所述旋转压缩机(350)的所述入口(352)的出口(371)。
技术方案15.一种控制由旋转发动机驱动的旋转压缩机的方法(600)，其包括以下步骤：
A)测量(602)所述旋转压缩机的参数，所述参数指示所述旋转压缩机的性能，
B)产生(603)随所述参数而变的第一控制信号，
C)测量(604)所述旋转压缩机或所述旋转发动机的转速，
D)产生(605)随所述转速而变的第二控制信号，
E)通过在所述第一控制信号与所述第二控制信号之间选择而产生(606)第三控制信号，和
F)将所述第三控制信号提供(607)到所述旋转发动机的控制输入端子。
技术方案16.根据技术方案15所述的方法(600)，其特征在于：在至少以下条件中的一个或多个下选择所述第二控制信号而非所述第一控制信号：
-所述第二控制信号高于所述第一控制信号，
-所述第二控制信号低于所述第一控制信号。
附图说明
并入本文中且构成本说明书的组成部分的附图说明本发明的示范性实施例，且连同实施方式一起解释这些实施例。在附图中：
图1示出根据现有技术的控制系统的框图，
图2示出适用于控制系统的若干实施例的一般框图，
图3示出适用于合成设备的若干实施例的一般框图，
图4示出适于控制系统的实施例的选择器的框图，
图5示出控制系统的实施例的详细框图，且
图6示出控制方法的实施例的流程图。
具体实施方式
示范性实施例的以下描述参考附图。
以下描述并不限制本发明。实际上，本发明的范围由所附权利要求书限定。
说明书中各处提到“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各种位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必是指同一实施例。另外，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合在一个或多个实施例中。
在下文中，本文中所公开的主题的实施例将通过由框组成的框图描述，所述框通过进入和离开框的线连接，这是“控制理论”领域中的惯常做法。
应注意，此类框图可通过若干硬件和软件的各种可能组合以许多不同方式来实施。
因此，贯穿本说明书(即说明书、权利要求和摘要)和图式，“框”可指硬件或软件(在硬件上运行)，“输入”或“输出”可指电气端子或存储在计算机存储器(其可例如在PLC内部)中的一条数据，表达“接收信号”可意味“使电信号流进电气端子”或“从存储器读取一条数据”，表达“提供输出”可意味“使电信号从电气端子流出”或“将一条数据写入到存储器”，表达“电连接”(当参考例如框时)可对应于在框的电气端子与另一框的电气端子之间具有电线或具有将一条数据写入到存储器的框和从同一存储器读取同一条数据的另一框。
根据典型的实施方案，新的和创新的全自动控制系统可例如通过单个可编程逻辑控制器(＝PLC)和一个或多个软件实施；在此状况下，具体地说，框可对应于软件，即软件程序或软件子程序。
图2、3、4和5说明新的和创新的全自动控制系统的实施例，所述新的和创新的全自动控制系统响应于干扰例如但不限于压缩机的入口处的气体混合物的组合物的变化而调整压缩机的转速。气体混合物可包括所谓的“合成气体”，其常常包括氢和/或氮和/或一氧化碳。控制系统连同受控制装置，包括旋转压缩机和发动机，可在设备内使用以从气体混合物合成氨。旋转压缩机可由发动机驱动。
新的全自动控制系统与之前的控制系统的不同之处在于其不是包括一个而是包括至少两个控制子系统。第一控制子系统优选地仅基于压缩机的性能参数尤其是其抽吸压力执行控制。第二控制子系统优选地仅基于发动机或压缩机的转速执行控制。当转速具有对应于设计(或离其不太远)的值时，使用第一控制子系统；这意味着压缩机的入口处的气体混合物的组合物正如所期望(或离其不太远)。转速过高或过低，使用第二控制子系统；这意味着例如压缩机的入口处的气体混合物的组合物远不是所预期的。因此，人为干预是不必要的。
参考图2，新的控制系统200布置成控制由旋转发动机驱动的旋转压缩机。
控制系统200可包括：第一控制子系统210、第二控制子系统220和选择器240。
应注意，控制子系统可通过若干硬件和软件的各种可能组合以许多不同方式来实施。如果控制系统例如通过单个PLC实施，那么控制子系统中的每一个或任一个可通过所谓的“软件模块”实施，软件模块即在PLC上运行的出于特定目的合作的一组软件程序或软件子程序。
控制系统200具有第一输入201、第二输入202和输出204。
第一控制子系统210包括：性能输入211，其布置成接收指示旋转压缩机的性能的第一测量信号21；和第一控制输出212，其布置成提供随信号21而变的第一控制信号26。通常，第一测量信号21指示旋转压缩机的抽吸压力；或者，其指示压缩机的另一性能变量，例如压缩机的排气压力或由压缩机处理的净气体(质量或体积)流动速率。通常，控制信号26是功率控制信号，尤其是速度控制信号(在速度与由发动机产生的功率之间存在直接关系的情况下)。通常，第一控制信号26仅随信号21而变(但也随其它参数和常量而变)。
第二控制子系统220包括：速度输入221，其布置成接收指示旋转压缩机或旋转发动机的转速的第二测量信号22(通常两个转速相等或成固定比)；和第二控制输出222，其布置成提供随信号22而变的第二控制信号27。通常，控制信号27是功率控制信号，尤其是速度控制信号(在速度与由发动机产生的功率之间存在直接关系的情况下)。通常，第二控制信号27仅随信号22而变(但也随其它参数和常量而变)。
在下文中，压缩机的抽吸压力将被视为压缩机的性能变量而不限制前述内容的一般性。
选择器240包括：第一输入241，其电连接到第一控制输出212；第二输入242，其电连接到第二控制输出222；和第三控制输出244，其布置成将第三控制信号24提供到旋转发动机的控制输入。
通常，控制信号24是功率控制信号，尤其是速度控制信号(以防速度与由发动机产生的功率之间存在直接关系)。举例来说，如果发动机是蒸汽涡轮，那么控制信号24可以是指示其蒸汽阀的开口度的信号；更具体地说，其是此阀的开口百分比。
选择器240布置成选择控制信号26或控制信号27作为控制信号24以在控制输出244处提供。
输入211电连接到控制系统200的输入201；输入221电连接到控制系统200的输入202；输出244电连接到控制系统200的输出204。
选择器240可根据一个或多个预定选择准则实行输入信号的选择。举例来说，如果压缩机倾向于旋转得过快或过慢，那么选择器240可选择信号27而非信号26。
选择器240有利地布置成在以下两个状况中的一个或多个下选择信号27而非信号26：
A)控制信号27高于控制信号26，
B)控制信号27低于控制信号26。
应注意，以上两个状况取决于控制信号26和27的当前值，如分别由控制子系统210和220重复(尤其是周期性地)确定；当压缩机倾向于旋转得过慢时，应用状况A且当压缩机倾向于旋转得过快时，应用状况B；无论如何，以上两个状况中没有一个等效于关于压缩机的当前旋转速度的测试。
第二控制子系统220可仅对应于PID控制器，其中优选地仅使用P项和I项；在此状况下，控制器可被界定为PI控制器。
控制子系统220可分成两个部分，这些部分中的每一个提供控制信号；在某一时间，这两个控制信号中的仅一个是有效的；例如，如果压缩机倾向于旋转得过快，那么一个控制信号是有效的，且如果压缩机倾向于旋转得过慢，那么一个控制信号是有效的。
在此状况下，选择器可例如如图4中所展示的选择器440。选择器440具有：第一输入441，其用于从第一控制子系统(例如子系统210)接收控制信号46；第二输入442A，其用于从第二控制子系统(例如子系统220)的第一部分接收控制信号47A；第三输入442B，其用于从第二控制子系统(例如子系统220)的第二部分接收控制信号47B；和输出444，其用于提供在信号46、47A与47B之间选择的控制信号44。
现将考虑图5的实施例，即控制系统500。
控制系统500包括第一控制子系统、第二控制子系统和选择器。第一控制子系统对应于框512、514和516。第二控制子系统对应于框522、524、526和528。选择器对应于选择器540A和540B。
图5的实施例的第一控制子系统布置成计算作为抽吸压力设定点51与抽吸压力测量信号52之间的差的抽吸压力误差信号53。
图5的实施例的第一控制子系统包括负载控制器514，所述负载控制器布置成基于抽吸压力误差信号53确定负载需求54：控制器514有利地是PID控制器。
图5的实施例的第一控制子系统包括转换器(converter)516，所述转换器布置成基于负载需求54确定第一功率控制信号55-1。
具体地说，转换器516是分裂转换器且布置成交替地提供第一功率控制信号55-1和防喘振控制信号93。
图5的实施例的第二控制子系统包括PID类型的第一速度控制器522(优选地，仅使用P项和I项；在此状况下，控制器522可被界定为PI控制器)；第一速度控制器522布置成基于速度下限57与第二转速测量信号56之间的差(通过例如减法器524获得)确定第二功率控制信号55-2A，且在输出处提供所述第二功率控制信号。
图5的实施例的第二控制子系统包括PID类型的第二速度控制器526(优选地，仅使用P项和I项；在此状况下，控制器526可被界定为PI控制器)；第二速度控制器526布置成基于速度上限58与第二转速测量信号56之间的差(通过例如减法器528获得)确定第三功率控制信号55-2B，且在输出处提供所述第三功率控制信号。
图5的实施例的第二控制子系统包括用于管理控制信号55-2A的第一选择器540A和用于管理控制信号55-2B的第二选择器540B。
具体地说，选择器540A布置成当转速测量信号56具有低值时，即当压缩机的转速非常低时，选择控制信号55-2A且在输出59A处提供所述控制信号55-2A；或者，在输出59A处提供信号55-1。
具体地说，选择器540B布置成当转速测量信号56具有高值时，即当压缩机的转速非常高时，选择控制信号55-2B且在输出59B处提供所述控制信号55-2B；或者，在输出59B处提供信号59A。
应注意，优选地，选择器540A和540B基于其输入处的信号之间的比较进行选择；换句话说，优选地，选择器540A和选择器540B都不基于关于压缩机的当前转速的直接测试进行选择。
图5的实施例500包括防喘振控制子系统。
防喘振控制子系统包括控制器902和选择器904。
控制器902基于参数的集合91确定防喘振控制信号92；具体地说，此集合包括压缩机的入口处的压力和温度、压缩机的出口处的压力和温度以及由压缩机处理的体积流动速率。此类控制器可以已知方式确定防喘振控制信号。
选择器904布置成接收防喘振控制信号92和另一防喘振控制信号93，且选择其中的一个作为防喘振控制信号94以提供到压缩机的防喘振阀；控制信号94可以是指示防喘振阀的开口度，更具体地说是其开口百分比的信号。举例来说，选择器904可选择具有较高值的防喘振控制信号。
防喘振控制信号93由分裂转换器516提供。
图3展示适用于经过改进的合成设备的若干实施例，尤其适用于氨改进的合成设备的一般框图。
设备1000包括：旋转压缩机350、驱动旋转压缩机350的旋转发动机360，和控制系统300。
控制系统300属于包括第一控制子系统和第二控制子系统的如例如图2中所展示的类型的类型。
在图3的实施例中，旋转发动机360的轴361机械地直接连接到旋转压缩机350的轴351。
压缩机350具有用于接收未经压缩的气体混合物流38的入口352和用于提供经过压缩的气体混合物流39的出口353。
控制系统300具有用于接收抽吸压力测量信号31的第一输入301、用于接收转速测量信号32的第二输入302和用于提供功率控制信号34的输出304。
输出304电连接到为发动机360的功率控制输入的输入362；通常，通过改变功率，转速也会变化；因此，发动机360是变速旋转发动机。
存在定位且配置成监测未经压缩的气体混合物流38且电连接到输入301的压力传感器381。
存在定位且配置成监测轴351且电连接到输入302的转速传感器382。
发动机360有利地是蒸汽涡轮；或者，其可以是例如燃气涡轮或(变速)马达，例如电马达。使用蒸汽涡轮是有利的，因为在合成设备中会产生热且蒸汽涡轮出于有用目的，即旋转压缩机而允许使此产生的热中的一些再循环。
合成设备1000可包括一个或多个另外的压缩机。举例来说，两个压缩机可串联流体连接且可通过相同控制信号或通过相同测量信号由同一控制系统300控制。
在压缩机350上游存在例如重整器(尤其是冷凝重整器)的单元370。在图3的实施例中，单元370的出口371流体地连接到压缩机350的入口352。
应注意，归因于单元370的存在，气体混合物38有时可使其组合物变化。如果单元370是冷凝重整器，那么状况尤其如此。
合成设备1000有利地是用于生产氨的设备。如果合成设备1000被授权以执行KBR氨过程，那么包括冷凝重整器的纯化器布置通常放置在合成气体压缩机布置的上游。尽管纯化器布置将配置成使输出气体混合物的组合物维持恒定，但其可能仅在一定程度上如此而并非在任何时候对于设备的任何操作状况都是如此，除非合成设备1000被构建或升级以包括在本文中描述、展示且要求保护的新的双子系统控制系统的实施例。
应注意，所谓的“合成气体”的压缩可用于若干合成过程中，例如以便合成氨、甲醇等等。
图6展示控制例如图3中的压缩机350的旋转压缩机的方法的实施例的流程图600，所述旋转压缩机由例如图3中的蒸汽涡轮360的旋转发动机驱动。
框601对应于控制过程的开始。
框608对应于控制过程的结束。
对应于框602到607的活动循环地重复。
框602对应于测量指示旋转压缩机的性能的旋转压缩机的参数；例如，在图3的实施例中，传感器381测量压缩机350的抽吸压力。
框603对应于产生随此参数而变的第一控制信号；例如，在图3的实施例中，此活动由控制系统300在其内部实行(参见例如图2)。
框604对应于测量旋转压缩机或旋转发动机的转速；例如，在图3的实施例中，传感器382测量为蒸汽涡轮360的轴361和压缩机350的轴351的单个轴的转速。
框605对应于产生随转速而变的第二控制信号；例如，在图3的实施例中，此活动由控制系统300在其内部实行(参见例如图2)。
框606对应于通过在第一控制信号与第二控制信号之间选择而产生第三控制信号；例如，在图3的实施例中，此活动由控制系统300在其内部实行(参见例如图2)。
框607对应于将第三控制信号提供到旋转发动机的控制输入端子；例如，在图3的实施例中，此活动对应于将控制系统300的输出端子304电连接到蒸汽涡轮360的控制端子362。
如先前所解释，可在至少以下状况中的一个或多个下选择第二控制信号而非第一控制信号：
-第二控制信号高于第一控制信号，
-第二控制信号低于第一控制信号。
新颖的且创新的控制方法的其它有利的功能性对应于新颖的且创新的控制系统的有利的部件。

Claims (10)

1.一种用于由旋转发动机驱动的旋转压缩机的控制系统(200)，其包括：
A)第一控制子系统(210)，其包括：
-性能输入(211)，其布置成接收指示所述旋转压缩机的性能的第一测量信号(21)，和
-第一控制输出(212)，其布置成提供随所述第一测量信号(21)而变的第一控制信号(26)；
B)第二控制子系统(220)，其包括：
-速度输入(221)，其布置成接收指示所述旋转压缩机或所述旋转发动机的转速的第二测量信号(22)，和
-第二控制输出(222)，其布置成提供随所述第二测量信号(22)而变的第二控制信号(27)；
C)选择器(240)，其包括：
-第一输入(241)，其电连接到所述第一控制输出(212)，
-第二输入(242)，其电连接到所述第二控制输出(222)，和
-第三控制输出(244)，其布置成将第三控制信号(24)提供到所述旋转发动机的功率控制输入，
其中所述选择器(240)布置成选择所述第一控制信号(26)或所述第二控制信号(27)作为所述第三控制信号(24)以在所述第三控制输出(244)处提供。
2.根据权利要求1所述的控制系统(200)，其特征在于：所述选择器(240)布置成在至少以下条件中的一个或多个下选择所述第二控制信号(27)而非所述第一控制信号(26)：
-所述第二控制信号(27)高于所述第一控制信号(26)，
-所述第二控制信号(27)低于所述第一控制信号(26)。
3.根据权利要求1所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第二控制子系统包括PID类型的第一速度控制器(522)，其优选地仅使用P项和I项，其中所述第一速度控制器(522)布置成基于所述第二测量信号(56)和速度下限(57)确定控制信号(55-2A)，且在输出处提供所述控制信号。
4.根据权利要求3所述的控制系统(500)，其特征在于：包括第一选择器(540A)，所述第一选择器布置成当所述第二测量信号(56)具有低值时在所述第一速度控制器(522)的所述输出处选择所述控制信号(55-2A)。
5.根据权利要求1或3或4所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第二控制子系统包括PID类型的第二速度控制器(526)，其优选地仅使用P项和I项，其中所述第二速度控制器(526)布置成基于所述第二测量信号(56)和速度上限(58)确定控制信号(55-2B)，且在输出处提供所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的控制系统(500)，其特征在于：包括第二选择器(540B)，所述第二选择器布置成当所述第二测量信号(56)具有高值时在所述第二速度控制器(526)的所述输出处选择所述控制信号(55-2B)。
7.根据任一前述权利要求所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第一控制子系统布置成计算作为性能设定点(51)与所述第一测量信号(52)之间的差的性能误差信号(53)。
8.根据权利要求7所述的控制系统(500)，其特征在于：所述第一控制子系统包括负载控制器(514)，所述负载控制器布置成基于所述性能误差信号(53)确定负载需求(54)。
9.一种合成设备(1000)，其包括：
-旋转压缩机(350)，其包括入口(352)和出口(353)，其中所述入口(352)布置成接收气体混合物(38)；
-旋转发动机(360)，其驱动所述旋转压缩机(350)；和
-根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(300)。
10.一种控制由旋转发动机驱动的旋转压缩机的方法(600)，其包括以下步骤：
A)测量(602)所述旋转压缩机的参数，所述参数指示所述旋转压缩机的性能，
B)产生(603)随所述参数而变的第一控制信号，
C)测量(604)所述旋转压缩机或所述旋转发动机的转速，
D)产生(605)随所述转速而变的第二控制信号，
E)通过在所述第一控制信号与所述第二控制信号之间选择而产生(606)第三控制信号，和
F)将所述第三控制信号提供(607)到所述旋转发动机的控制输入端子。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201600070842A1 (it) * 2016-07-07 2018-01-07 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Metodo e sistema di controllo anti-pompaggio adattivo

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3979655A (en) * 1975-03-31 1976-09-07 Compressor Controls Corporation Control system for controlling a dynamic compressor
US4102604A (en) * 1977-05-04 1978-07-25 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for noninteracting control of a dynamic compressor having rotating vanes
CN1212038A (zh) * 1996-01-02 1999-03-24 伍德沃德调控器公司 在动态压缩机中防止冲击复发的控制系统
CN1212051A (zh) * 1996-01-02 1999-03-24 伍德沃德调控器公司 动态压缩机的防冲击控制系统
US20080264061A1 (en) * 2007-04-30 2008-10-30 Thomas Edward Wickert Method and apparatus to facilitate fluid compression
CN106716268A (zh) * 2014-08-08 2017-05-24 东洋系统股份有限公司 反馈控制装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5032886B2 (zh) * 1972-03-31 1975-10-25
US4218191A (en) * 1978-11-29 1980-08-19 Phillips Petroleum Company Multi-constraint control of a compression system
JP2001107742A (ja) * 1999-10-13 2001-04-17 Toshiba Corp ガス化発電プラントの制御装置
JP2002364312A (ja) * 2001-06-01 2002-12-18 Hitachi Ltd 石炭ガス化燃料電池複合発電プラントおよびその運転方法
JP4657800B2 (ja) * 2005-05-16 2011-03-23 本田技研工業株式会社 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置
JP4458085B2 (ja) * 2006-11-30 2010-04-28 東京電力株式会社 ガスタービン制御装置
JP5721317B2 (ja) * 2009-06-12 2015-05-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 石炭ガス化炉設備及びその制御方法並びにプログラム、及びこれを備えた石炭ガス化複合発電装置
JP2015193571A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 三菱重工業株式会社 芳香族化合物の製造システム及びその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3979655A (en) * 1975-03-31 1976-09-07 Compressor Controls Corporation Control system for controlling a dynamic compressor
US4102604A (en) * 1977-05-04 1978-07-25 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for noninteracting control of a dynamic compressor having rotating vanes
CN1212038A (zh) * 1996-01-02 1999-03-24 伍德沃德调控器公司 在动态压缩机中防止冲击复发的控制系统
CN1212051A (zh) * 1996-01-02 1999-03-24 伍德沃德调控器公司 动态压缩机的防冲击控制系统
US20080264061A1 (en) * 2007-04-30 2008-10-30 Thomas Edward Wickert Method and apparatus to facilitate fluid compression
CN106716268A (zh) * 2014-08-08 2017-05-24 东洋系统股份有限公司 反馈控制装置

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