CN110778519B - 一种并联压缩机机组的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并联压缩机机组的控制系统，主性能控制单元根据工艺控制需求等因素决定的主性能设定值和主性能实际测量值，设定负荷控制增量，并通过将负荷控制增量发送至每台压缩机对应的负荷分配控制单元，使负荷分配控制单元将负荷控制增量转换为负荷分配控制增量，并将负荷分配控制增量发送至相应的性能控制单元和防喘振控制单元，使其分别叠加到性能控制和防喘振控制中，自动化实现多台压缩机的并网，并网的同时通过防喘振控制以及负荷平衡控制单元的负荷平衡控制，实现并联压缩机机组之间的负荷平衡，提升并联压缩机机组整体的抗波动、抗干扰能力，实现节能降耗，保证并联压缩机机组的安全、高效稳定的运行。

Description

一种并联压缩机机组的控制系统

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，更具体的，涉及一种并联压缩机机组的控制系统。

背景技术

在工业自动化控制领域，压缩机是工业企业生产过程中的重要设备，有时为满足工艺要求，需要将多台机组进行并联运行。

目前投运的并联压缩机一般采用手动并联的模式，先启动一台压缩机使其出口压力、出口流量达到额定值，然后再启动另一台压缩机，使其出口压力、出口流量接近额定值，依据操作者经验适当降低第一台的出口压力、出口流量，用手动的方式将第二台并入。该并联方法过于依赖操作者的经验，容易导致压缩机进入喘振状态，停机，甚至损坏设备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种并联压缩机机组的控制系统，实现对并联压缩机机组的控制，保证并联压缩机机组的安全、高效稳定的运行。

为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：

一种并联压缩机机组的控制系统，包括主性能控制单元、每台压缩机对应的负荷分配控制单元、负荷平衡控制单元和性能控制单元以及每台压缩机每段对应的防喘振控制单元；

所述主性能控制单元，用于根据主性能设定值和主性能实际测量值，设定负荷控制增量，并将所述负荷控制增量发送至每台压缩机对应的所述负荷分配控制单元；

所述负荷分配控制单元，用于将所述负荷控制增量转换为负荷分配控制增量，并将所述负荷分配控制增量发送至相应的所述性能控制单元和所述防喘振控制单元；

所述主性能控制单元，还用于根据每台压缩机的平衡控制测量值设定平衡控制设定值，并将所述平衡控制设定值发送至每台压缩机对应的所述负荷平衡控制单元；

所述负荷平衡控制单元，用于根据所述平衡控制设定值和相应压缩机的平衡控制测量值设定负荷平衡控制增量，并将所述负荷平衡控制增量发送至相应的所述性能控制单元；

所述性能控制单元，用于依据所述负荷分配控制增量与所述负荷平衡控制增量，对相应的压缩机进行性能控制；

所述防喘振控制单元，用于依据所述负荷分配控制增量与防喘振控制增量，对相应的防喘阀进行防喘振控制。

可选的，所述负荷分配控制单元，具体用于将所述负荷控制增量乘以增益系数后，得到所述负荷分配控制增量。

可选的，所述性能控制单元，还用于在压缩机非并联状态下，将对应压缩机的性能控制测量值调节到所述性能控制设定值，以满足并网要求。

可选的，所述负荷分配控制单元具体用于在检测到所述性能控制单元受到限制控制的情况下，若所述负荷分配控制增量利于退出限制控制则将所述负荷分配控制增量发送至所述性能控制单元，若所述负荷分配控制增量不利于退出限制控制则不将所述负荷分配控制增量发送至所述性能控制单元。

可选的，所述负荷分配控制单元，还用于在检测到相应的所述防喘振控制单元受到限制控制的情况下，若所述负荷分配控制增量利于退出限制控制则将所述负荷分配控制增量发送至所述防喘振控制单元，若所述负荷分配控制增量不利于退出限制控制则不将所述负荷分配控制增量发送至防喘振控制单元。

可选的，所述防喘振控制单元，还用于计算当前压缩机工作点相对于防喘振控制线的位置，得到平衡变量，并将所述平衡变量发送至相应的所述负荷平衡控制单元；

所述负荷平衡控制单元，还用于选取对应的所有所述防喘振控制单元发送的平衡变量中的最大值的修正值，作为平衡控制测量值，并将平衡控制测量值发送到所述主性能控制单元。

可选的，所述主性能控制单元具体将每台压缩机的平衡控制测量值的平均值、最大值或最小值设定为所述平衡控制设定值。

可选的，所述防喘振控制单元，用于根据本段压缩机特性参数计算当前压缩机工作点在无关坐标系中的坐标点和喘振线，并通过以所述喘振线为基础在其右侧非喘振区域偏移预设安全裕度值得到防喘振控制线，并根据当前压缩机工作点与防喘振控制线计算防喘振控制增量。

可选的，所述性能控制单元与所述防喘振控制单元之间进行解耦控制；

所述性能控制单元，具体用于将所述负荷平衡控制增量乘以带解耦正负方向的解耦系数，叠加到所述防喘振控制单元；

所述防喘振控制单元，具体用于当工作点位于防喘振控制线左侧时将所述防喘振控制增量乘以带解耦正负方向的解耦系数，叠加到所述性能控制单元。

可选的，所述性能控制单元受到更高优先级的限制控制时，不再叠加所述负荷平衡控制单元发送过来的所述负荷平衡控制增量。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明公开的并联压缩机机组的控制系统，主性能控制单元根据工艺控制需求等因素决定的负荷设定值和每台压缩机的实际负荷测量值，设定压力控制增量，并通过将压力控制增量发送至每台压缩机对应的负荷分配控制单元，使负荷分配控制单元将压力控制增量转换为负荷分配控制增量，并将负荷分配控制增量发送至相应的性能控制单元和防喘振控制单元，使其分别进行性能控制和防喘振控制，自动化实现多台压缩机的并网，并网的同时通过防喘振控制，以及负荷平衡控制单元的负荷平衡控制，实现并联压缩机机组之间的负荷平衡，提升并联压缩机机组整体的抗波动、抗干扰能力，实现节能降耗，保证并联压缩机机组的安全、高效稳定的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种并联压缩机机组的控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种并联压缩机机组的控制系统的控制原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相比单台压缩机控制，并联运行时压缩机之间互相影响，工艺主性能控制目标的改变需要让所有压缩机协调控制，波动或干扰时需要保证不能有压缩机发生喘振，各防喘阀动作需要尽可能的节能，各台并联压缩机之间还需要进行平衡。在此基础上，本实施例公开了一种并联压缩机组的控制方法，包括：主性能控制单元、每台压缩机对应的负荷分配控制单元和性能控制单元以及每台压缩机每段对应的防喘振控制单元。

请参阅图1，以并联压缩机机组的控制系统包括压缩机A和压缩B为例，对并联压缩机机组的控制系统的控制逻辑进行说明。

其中，并联压缩机机组的控制系统包括主性能控制单元100、压缩机A对应的负荷分配控制单元A201、性能控制单元A301、防喘振控制单元A401和负荷平衡控制单元A501、压缩机B对应的负荷分配控制单元B202、性能控制单元B302、防喘振控制单元B402和负荷平衡控制单元B502，需要说明的是，压缩机A和压缩机B的每段都分别对应一个防喘振控制单元，即压缩机对应至少一个防喘振控制单元。

主性能控制单元100将并联压缩机机组整体作为控制对象，控制目标来源于工艺控制需求等因素决定的主性能设定值，如总管网出口压力或总管网出口流量等，主性能控制单元100通过控制使并联压缩机机组整体主性能实际测量值达到主性能设定值。

具体的，主性能控制单元100根据主性能设定值和主性能实际测量值，计算出设定负荷控制增量，其中负荷控制增量为将并联压缩机组的压缩机A和压缩机B作为一个整体被调对象，将代表整体负荷的主性能实际测量值调节到主性能设定值时所需的在当前运算周期的调节增量，主性能控制单元100将负荷控制增量发送至负荷分配控制单元A201和负荷分配控制单元B202。

以下以压缩机A为例进行介绍，负荷分配控制单元A201将上述负荷控制增量乘以增益系数，得到负荷分配控制增量，其中，增益系数表示单位负荷控制增量转化后用于叠加到性能控制与防喘振控制的调节强度。更大的增益系数表明负荷控制增量转换后实施于性能控制与防喘振控制的调节幅度更大。负荷分配控制单元A201设置有两个增益系数，分别用于计算叠加到性能控制与叠加到防喘振控制的控制增量。

防喘振控制单元A401根据本段压缩机特性参数计算当前压缩机工作点在无关坐标系中的坐标点和喘振线，并通过以所述喘振线为基础在其右侧非喘振区域偏移预设安全裕度值得到防喘振控制线。

压缩机特性参数如转速、流量、压力等，工作点在在无关坐标系中的Y轴值为关于压缩机出口压力与入口压力的压比函数，X轴值为流量差压信号与入口压力的比值。压缩机的喘振线左侧区域为喘振区域，喘振线右侧区域为非喘振区域。

防喘振控制单元A401以喘振线为基础，在其右侧偏离一个预设安全裕度值后形成防喘振控制线，使得压缩机控制安全与节能之间达到一种平衡，防喘振控制单元计算压缩机当前工作点相对于防喘振控制线的位置，作为平衡变量，并上报负荷平衡控制单元。

负荷平衡控制单元A501将其对应的所有防喘振控制单元上报的平衡变量中的最大值修正计算后确定为平衡控制测量值，并将该平衡控制测量值发送至主性能控制单元100。其中，修正计算时所需的修正系数，是用于调节平衡每台压缩机的运行点相对于各自的防喘振控制线的距离。如压缩机A和压缩机B初始都未修正，负荷平衡控制平衡后各自运行点相对于各自的防喘振控制线等距。若调整压缩机A的修正系数，使压缩机A的负荷平衡控制测量值增大，则经主性能控制单元100计算与负荷平衡控制后，压缩机A相比压缩机B其运行点将更远离自身的喘振线。

主性能控制单元100根据每台压缩机的平衡控制测量值设定平衡控制设定值，如将每台压缩机的平衡控制测量值的平均值、最大值或最小值设定为所述平衡控制设定值。主性能控制单元100将平衡控制设定值发送至每台压缩机对应的负荷平衡控制单元，使压缩机间负荷平衡。

负荷平衡控制单元A501依据平衡控制设定值和平衡控制测量值设定负荷平衡控制增量，并将负荷平衡控制增量发送至对应的性能控制单元A301。

性能控制单元A301用于根据负荷分配控制增量与负荷平衡控制增量对压缩机A进行性能控制，如对压缩机A的导叶开度或转速进行控制。

防喘振控制单元A401用于根据负荷分配控制增量与防喘振控制增量对防喘阀进行防喘振控制，其中，防喘振控制增量是防喘振控制单元A401根据当前压缩机工作点与防喘振控制线计算得到的。

优选的，当性能控制单元A301受到更高优先级的限制控制时，不再叠加所述负荷平衡控制单元发送过来的所述负荷平衡控制增量。

优选的，性能控制单元A301与防喘振控制单元A401之间进行解耦控制。

性能控制单元A301，具体用于根据负荷分配控制增量与负荷平衡控制增量得到相应的性能控制增量，并将所述负荷平衡控制增量乘以带解耦正负方向的解耦系数，叠加到所述防喘振控制单元A401；

所述防喘振控制单元A401，具体用于当运行点位于防喘振控制线左侧时将所述防喘振控制增量乘以带解耦正负方向的解耦系数，叠加到所述性能控制单元A301。

防喘振控制单元A401通过将自身计算的防喘振控制增量与负荷分配控制增量进行叠加，借助防喘阀执行机构进行调节。

需要说明的是，负荷分配控制单元A201在检测到性能控制单元A301受到限制控制的情况下，若负荷分配控制增量利于退出限制控制则将负荷分配控制增量发送至性能控制单元A301，若负荷分配控制增量不利于退出限制控制则不将负荷分配控制增量发送至性能控制单元A301。

负荷平衡控制单元A501，还用于在检测到相应的所述防喘振控制单元受到限制控制的情况下，若所述负荷分配控制增量利于退出限制控制则将所述负荷分配控制增量发送至所述防喘振控制单元，若所述负荷分配控制增量不利于退出限制控制则不将所述负荷分配控制增量发送至防喘振控制单元。

压缩机B对应的负荷分配控制单元B202、性能控制单元B302、防喘振控制单元B402和负荷平衡控制单元B502的控制逻辑与压缩机A的上述控制逻辑相同，在此不再赘述。

还需要说明的是，本实施例公开的系统不仅可以实现并联压缩机机组的控制，还可以对单个压缩机进行控制，若系统仅用于对一个压缩机进行控制，即处于压缩机非并联状态下，性能控制单元将压缩机的性能控制测量值调节到性能控制设定值。

请参阅图2，图2为本发明实施例公开的并联压缩机机组的控制系统的控制原理示意图，防喘振控制单元计算当前工作点相对于防喘振控制线的位置，即平衡变量，并通过S1A、S1B链路将其传输给负荷平衡控制单元，负荷平衡控制允许对平衡变量进行系数修正得到平衡控制测量值，并通过S1A’、S1B’链路汇总至主性能控制单元。

主性能控制单元汇集所有下挂负荷平衡控制单元的平衡控制测量值，对所有已投入运行状态的负荷平衡控制单元的平衡控制测量值，以选定的平均值模式、最大值模式或最小值模式进行计算得到平衡控制设定值，然后通过CSV链路将平衡控制设定值再传输给所有负荷平衡控制单元，以此作为各个负荷平衡控制的调节目标。

负荷平衡控制单元通过CSV链路得到平衡控制设定值，计算平衡控制测量值与平衡控制设定值的偏差，从而计算出平衡控制单元的控制增量，叠加到性能控制上。

主性能控制单元将并联压缩机机组整体作为控制对象，将机组整体输出后端管线的压力或流量等作为控制目标，如图2中将压力PT3A作为控制对象，控制目标即主性能设定值，其设定值来源于工艺控制需求等因素，性能控制的目标为将实际测量值PT3A调节到设定值以满足工艺控制要求。主性能控制单元计算实际测量值与设定值的偏差，自动计算控制增量，然后将控制增量通过S3链路传输给各个负荷分配控制单元。

负荷分配控制单元接收来自主性能控制单元的控制增量，乘以可设的增益系数后得到负荷分配控制增量，叠加到性能调节的执行结构，即性能控制单元和防喘振控制单元上实现对该台压缩机性能的调节。当压缩机性能调节时受到性能限制条件触发时，将只叠加有利于退出限制条件的控制增量，对于加深进入限制区域的负荷分配控制增量将不进行叠加。当负荷平衡控制单元中的工作点相对于防喘振控制线的位置的最大值超过预设值后，将只叠加开防喘阀方向的控制增量。

性能控制单元在压缩机单机未并联状态下，设计单回路控制，例如对出口压力PT2A、PT2B为控制目标进行控制，以满足投切并联控制的要求。在压缩机投入并联控制后，性能控制单元将切换到对负荷分配控制单元与负荷平衡控制单元的控制增量输入的处理，屏蔽自身单回路控制，如图2中负荷分配控制A的控制增量与负荷平衡控制A的控制增量经由性能控制A实现对FV1执行机构的控制，实现对机组的性能调节。

本实施例公开的一种并联压缩机机组的控制系统，主性能控制单元根据工艺控制需求等因素决定的主性能设定值和主性能测量值，设定负荷控制增量，并通过将负荷控制增量发送至每台压缩机对应的负荷分配控制单元，使负荷分配控制单元将负荷控制增量转换为负荷分配控制增量，并将负荷分配控制增量发送至相应的性能控制单元和防喘振控制单元，使其分别进行性能控制和防喘振控制，自动化实现多台压缩机的并网，并网的同时通过防喘振控制，以及负荷平衡控制单元的负荷平衡控制，实现并联压缩机机组之间的负荷平衡，提升并联压缩机机组整体的抗波动、抗干扰能力，实现节能降耗，保证并联压缩机机组的安全、高效稳定的运行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种并联压缩机机组的控制系统，其特征在于，包括主性能控制单元、每台压缩机对应的负荷分配控制单元、负荷平衡控制单元和性能控制单元以及每台压缩机每段对应的防喘振控制单元；

所述主性能控制单元，用于根据主性能设定值和主性能实际测量值，设定负荷控制增量，并将所述负荷控制增量发送至每台压缩机对应的所述负荷分配控制单元；

所述负荷分配控制单元，用于将所述负荷控制增量转换为负荷分配控制增量，并将所述负荷分配控制增量发送至相应的所述性能控制单元和所述防喘振控制单元；

所述主性能控制单元，还用于根据每台压缩机的平衡控制测量值设定平衡控制设定值，并将所述平衡控制设定值发送至每台压缩机对应的所述负荷平衡控制单元；

所述负荷平衡控制单元，用于根据所述平衡控制设定值和相应压缩机的平衡控制测量值设定负荷平衡控制增量，并将所述负荷平衡控制增量发送至相应的所述性能控制单元；

所述性能控制单元，用于依据所述负荷分配控制增量与所述负荷平衡控制增量，对相应的压缩机进行性能控制；

所述防喘振控制单元，用于依据所述负荷分配控制增量与防喘振控制增量，对相应的防喘阀进行防喘振控制；

其中，所述负荷分配控制单元，具体用于将所述负荷控制增量乘以增益系数后，得到所述负荷分配控制增量，所述增益系数表示单位负荷控制增量转化后用于叠加到性能控制与防喘振控制的调节强度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述性能控制单元，还用于在压缩机非并联状态下，将对应压缩机的性能控制测量值调节到性能控制设定值，以满足并网要求。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负荷分配控制单元具体用于在检测到所述性能控制单元受到限制控制的情况下，若所述负荷分配控制增量利于退出限制控制则将所述负荷分配控制增量发送至所述性能控制单元，若所述负荷分配控制增量不利于退出限制控制则不将所述负荷分配控制增量发送至所述性能控制单元。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述负荷分配控制单元，还用于在检测到相应的所述防喘振控制单元受到限制控制的情况下，若所述负荷分配控制增量利于退出限制控制则将所述负荷分配控制增量发送至所述防喘振控制单元，若所述负荷分配控制增量不利于退出限制控制则不将所述负荷分配控制增量发送至防喘振控制单元。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防喘振控制单元，还用于计算当前压缩机工作点相对于防喘振控制线的位置，得到平衡变量，并将所述平衡变量发送至相应的所述负荷平衡控制单元；

所述负荷平衡控制单元，还用于选取对应的所有所述防喘振控制单元发送的平衡变量中的最大值的修正值，作为平衡控制测量值，并将平衡控制测量值发送到所述主性能控制单元。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主性能控制单元具体将每台压缩机的平衡控制测量值的平均值、最大值或最小值设定为所述平衡控制设定值。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述防喘振控制单元，用于根据本段压缩机特性参数计算当前压缩机工作点在无关坐标系中的坐标点和喘振线，并通过以所述喘振线为基础在其右侧非喘振区域偏移预设安全裕度值得到防喘振控制线，并根据当前压缩机工作点与防喘振控制线计算防喘振控制增量。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述性能控制单元与所述防喘振控制单元之间进行解耦控制；

所述性能控制单元，具体用于将所述负荷平衡控制增量乘以带解耦正负方向的解耦系数，叠加到所述防喘振控制单元；

所述防喘振控制单元，具体用于当工作点位于防喘振控制线左侧时将所述防喘振控制增量乘以带解耦正负方向的解耦系数，叠加到所述性能控制单元。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述性能控制单元受到更高优先级的限制控制时，不再叠加所述负荷平衡控制单元发送过来的所述负荷平衡控制增量。

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