CN113123952A

CN113123952A - 一种压缩机无级气量调节的负荷信号线性化处理方法

Info

Publication number: CN113123952A
Application number: CN201911391015.4A
Authority: CN
Inventors: 李泉泉
Original assignee: Wuxi Kangzi Compressor Fittings And Systems Co ltd
Current assignee: Wuxi Kangzi Compressor Fittings And Systems Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-07-16

Abstract

本发明公开了一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，通过PIC控制器给定往复式压缩机运转的Out值，气量无级调节系统执行器接收运转的Control值；每个Out值有直接对应的曲柄夹角θ；每个Control值有直接对应的活塞行程S；基于排气过程中活塞行程S与sin(θ)的正比关系，则排气量与

之间成正比，根据上述正比关系建立Out值与Control值之间的对应关系，标定Out值并建立与其对应的Control值之间的区间线性关系。该控制信号线性化处理方法提高了无级气量调节系统对压缩机的实际控制效果，使得实际控制值和理论值的偏差在合理的范围内。同时，实现了无级气量调节系统调节精度和响应速度的能力提升，在调节往复式压缩机排气量方面具有较大的优势。

Description

一种压缩机无级气量调节的负荷信号线性化处理方法

技术领域

本发明涉及发动机系统的控制方法领域,特别是一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法。

背景技术

石化和化工大功率往复式压缩机装备阀控式气量无级调节系统，采用进气阀延迟关闭的基本原理实现节能并提高工艺系统控制性能，已经被越来越多的使用单位认同，但是在实际使用中如何与特定压缩机的具体特性匹配，特别是负荷百分比与具体排气量的拟合，仍是一个不断探索的课题。

目前，国内大型往复式压缩机组装备气量无级调节系统的数量越来越多，其调节原理都是在压缩行程的部分行程强制打开进气阀，实现气体回流，只压缩实际需要的气量。往复式压缩机P-V(压力-容积)示功图是反映压缩机在一个工作循环(曲轴转角360°)中活塞在不同位置时气缸内气体压力变化的曲线，亦称气体力图。根据P-V图可对压缩机的工作过程做一系列的分析计算，对于气量无级调节系统，根据P-V图的面积可以计算压缩气体的指示功率。如图3所示，在气量无级调节系统的作用下，压缩行程的C-C’-D’阶段是不压缩气体的，从P-V示功图上能够直观地看出节省了压缩机指示功率。

一般来讲，往复式压缩机是根据工艺要求的某个具体操作条件来进行设计的，但是在实际运行中，操作条件很难做到完全不变，也就是说，压缩机实际上是运行在变工况的条件下的。压缩机变工况是指压缩机的操作条件即各级进气压力、进气温度、排气压力或排气量中只要有一个发生变化，其他参数也会相应改变，从而破坏了压缩机各级之间原有的协调平衡关系，直到重新建立起一种新的协调平衡关系。对于单级压缩的往复式压缩机，这种协调平衡关系涉及到的参数比较少，重新建立所需的时间也短。对于多级压缩的往复式压缩机，其将气体引入几个气缸行程，依次相继地进行压缩，并且气体进入下一级压缩之前先引入级间冷却器进行冷却。实践中是设法在压缩时使气体冷却，即将压缩分成多级进行，每一级压缩后，气体先经冷却，再进一步压缩，这样可以提高效率，降低功耗。

现有压缩机组的回流调节方式是根据各级出入口压力设定值，由PID控制器自动计算回流阀开度，但是工况发生改变时，回流阀的开度和回流气量的比例也是变化的，这样导致入口压力频繁波动时，压缩机的各级压力和温度都长时间波动。根据一段时间内的入口压力与流量的数据记录，新增加的压缩机气量无级调节系统(DidroCOM)自动控制PID参数进行优化，使之能够快速响应入口压力的变化，减少达到新的平衡的时间。

在压缩机组上使用了DidroCOM自动控制系统后，通过PIC控制器自动计算需要的气量，实现了较高的调节精度和较快的响应速度。但在调节往复式压缩机排气量时，发现PIC计算的压缩机负荷百分比与实际的排气量百分比存在一定的偏差，经过分析，原因在于，气量无级调节系统对于压缩机活塞的行程划分，是根据曲轴转角0～360°时间度量的平均划分，而实际上活塞的行程是非时间均匀的。

发明内容

本发明目的是：提供了一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，解决了PIC控制信号与无级气量调节系统接收反馈之间的线性关系建立问题。

本发明的技术方案是：寻找PIC控制器输出的Out值与气量调节系统执行器接收的Control值之间的对应关系步骤如下：

1)根据压缩机的参数(主要是进/排气压力/余隙容积)来确定100％气量状态下各个阶段的曲柄起止角度，通过该起止角度获得曲柄夹角θ的初始值。

2)排气过程中，曲轴每转1°，活塞的行程正比于sin(θ)，所以整个排气量正比于

这样得到了PIC控制器输出的Out值与气量调节系统执行器接收的Control值之间的对应关系曲线。

3)考虑到实际使用场合的设备限制，使用了将PIC控制器输出的Out值按照类级进行标定，每个标定点则对应一个Control值，并用折线代替曲线，将非线性关系转化为区间线性关系。

本发明的优点是：

1、提高了无级气量调节系统对压缩机的实际控制效果，使得实际控制值和理论值的偏差在合理的范围内。

2、同时，实现了无级气量调节系统调节精度和响应速度的能力提升，在调节往复式压缩机排气量方面具有较大的优势。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为PIC控制器输出的Out值与气量无级调节系统执行器接收的Control值之间的关系曲线图；

图2为往复式压缩机工作的四个阶段图；

图3为气量无级调节的P-V示功图；

具体实施方式

实施例：

在气量无级调节系统控制的往复式压缩机工作过程中，通过给入一定的负荷量，例如加大喷油量，压缩机发生做工变化，此时气量无级调节系统会得到一个相应的反馈信号，例如排气量。在此过程中，不同的排气量会对应不同的曲柄夹角，即每一个曲柄夹角都有一个排气量的调节值。我们在通过电控单元即PIC控制器输出一个负荷值，该负荷值可以控制曲柄夹角，也就控制了不同排气量。因此，PIC控制器输出的负荷值与气量无级调节系统获得的反馈值都可以表现在一个设计好的显示系统中，只需要通过两者之间的线性关系就可以直观的表现出对应变化。

在实际过程中，由于气量无级调节系统对于压缩机活塞的行程划分，是根据曲轴转角0～360°时间度量的平均划分，而实际上活塞的行程是非时间均匀的。

其中，曲柄连杆比＝曲轴长度r/连杆长度L。

排气量＝活塞行程S×活塞面积。

具体的说就是，PIC控制器输出的Out值可以对应到部分转角的0～100平均等分，气量无级调节系统执行器接收到的CONTROL值则可以对应到部分行程的0～100平均等分，但是两者之间的关系是非线性的。

因此，PIC控制器输出的Out值与气量调节系统执行器接收的Control值之间的对应关系可以通过如下步骤获得：

第一、根据压缩机的参数(主要是进/排气压力/余隙容积)来确定100％气量状态下各个阶段的曲柄起止角度，通过该起止角度获得曲柄夹角θ的初始值，如图2所示。

第二、排气过程中，曲轴每转1°，活塞的行程正比于sin(θ)，所以整个排气量正比于

这样得到了PIC控制器输出的Out值与气量调节系统执行器接收的Control值之间的对应关系，直观的表示方式可以通过建立坐标系，绘制对应关系曲线来表示，如图1所示。

第三、考虑到实际使用场合的设备限制，使用了将PIC控制器输出的Out值按照0-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100类级进行标定，每个标定点则对应一个Control值，并用折线代替曲线，将非线性关系转化为区间线性关系。

具体标定的类级根据PIC控制器输出的Out值来确定，其可以基于具体的点值，例如200cc喷油量，也可以基于区间范围，例如4～6mA模拟量的电流量。

选择一较佳实施例进行说明：

表1为根据本往复式压缩机无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，所获得的PIC控制器输出的Out值与无级气量调节系统接收器获得的Control值的对应关系：

表1：OUT值与Control值的区间线性化表

采用了区间线性化处理之后，在操作室DCS上输入的Out值与现场实际排气量契合度大为提高。下表2即为PIC控制器输出的Out值与实际气量的对应关系：

NO	PIC输出值	实际气量值Nm3/hr	实际输出负荷
				1	0％	0	0％
2	10％	4840	11％
				3	20％	9240	21％
4	30％	14080	32％
				5	40％	18480	42％
6	50％	21560	49％
				7	60％	25520	58％
8	70％	29920	68％
				9	80％	35200	80％
10	90％	39160	89％
				11	100％	43120	98％

表2：OUT值与实际气量对应表

通过上面数据的对比，可以明显看出：线性化处理后的DidroCOM无级气量调节系统对实际压缩机的实际控制效果与理论分析基本一致，偏差在合理范围内。此时的DidroCOM无级气量调节系统实现了较高的调节精度和较快的响应速度，在调节具体的往复式压缩机排气量方面，有很好的优势。

此时的系统经过长时间的运行，完全符合预计，机组运行稳定，各项参数指标都正常，工艺指标比没有上该套系统前有一定的提高。当前机组的负荷根据工艺需求基本维持在70％-80％之间，氢气出口回流阀完全关闭，氢气的匹配量精准，给整套装置的平稳运行带来了方便和保障。压缩机负荷与压缩机电流关系实测值见表3。

参数	系统100％负荷	系统80％的负荷
			氢气回流量(Nm3/h)	9000	0
电流值(A)	250	200
			功率(KW)	4400	3450

表3负荷与功耗关系表

根据以上数据分析可看出，该机组使用线性化处理后的DidroCOM气量无级调节系统后可以根据工艺需求任意调整机组负荷，按照目前80％的运行负荷来计算，其能有效减少氢气的回流约9000Nm3/h，电流从250A降低至200A。按照年运行8000小时来计算，年节约电量约760万KW·h；目前的电费计价为0.6元/KW·h。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，通过PIC控制器给定往复式压缩机运转的Out值，气量无级调节系统执行器接收运转的Control值；其特征在于：每个Out值有直接对应的曲柄夹角θ；每个Control值有直接对应的活塞行程S；基于排气过程中活塞行程S与sin(θ)的正比关系，则排气量与

之间成正比，根据上述正比关系建立Out值与Control值之间的对应关系，标定Out值并建立与其对应的Control值之间的区间线性关系。

2.根据权利要求1所述的一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，其特征在于：基于Out值与Control值之间所建立的对应关系，对Out值的给定量进行类级标定，每一类级的Out值则对应相应的Control值。

3.根据权利要求2所述的一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，其特征在于：根据Control值与标定的Out值建立直角坐标系，用折线顺次连接Out值与相应的Control值的对应点。

4.根据权利要求1或2所述的一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，其特征在于：所述曲柄夹角θ的初始值确定方法是：根据压缩机参数确定往复式压缩机在100％气量状态下曲柄夹角在各阶段的起止角度。

5.根据权利要求3所述的一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，其特征在于：所述压缩机参数为进气压力、排气压力、余隙容积。

6.根据权利要求4所述的一种无级气量调节系统的控制信号线性化处理方法，其特征在于：

所述活塞行程S与sin(θ)的正比关系表达为：

其中，曲柄连杆比＝曲轴长度r/连杆长度L。