CN208270980U - 一种透平压缩机仿真控制装置 - Google Patents

Abstract

一种透平压缩机仿真控制装置，包括CCS透平压缩机组控制系统、仿真控制器和PC机，仿真控制器中包含信号处理电路、FPGA现场可编程逻辑阵列、CPU实时运算单元及通讯调试接口，CCS透平压缩机组控制系统和仿真控制器之间通过信号处理电路进行信号传输，PC机下装到仿真控制器里运行并完成仿真程序组态。本实用新型的仿真控制装置具有较好的实时性和通用性，组态方便，灵活性大，适用于透平压缩机控制系统（CCS）逻辑功能验证，控制参数调整，以及机组启动前操作员仿真培训等。

Description

一种透平压缩机仿真控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种透平压缩机仿真控制装置，尤其涉及对大型透平压缩机启动前对控制系统（CCS）进行逻辑功能验证，控制参数调整，以及操作员仿真培训。

背景技术

大型透平压缩机组是石化、化工等流程工业的核心设备，为了保证系统安全运行和满足工艺控制要求，目前大型透平压缩机均采用透平压缩机组控制系统（CompressorControl System，简称CCS），CCS主要完成对透平压缩机组的速度控制、防喘振控制、性能控制、辅机控制、机组启动以及联锁保护控制等，由于CCS控制逻辑比较复杂，且机组首次启动过程中，需解决机组本身振动等主、辅机的一系列问题，启动过程中没有时间给CCS进行大规模的组态修改。因而，要求在机组启动前能对CCS的控制逻辑、保护逻辑、基本控制功能进行验证，对操作员进行仿真培训，以保证机组一次启动成功。

随着工业流程大型化和复杂化，现场试验方法不仅耗用大量的人力、物力、时间，而且需要现场的密切配合以至影响正常的生产和安全，所以利用透平压缩机仿真控制装置代替透平压缩机组完成与CCS的信息通讯，通过仿真可以确定合理的系统方案，分析被控对象元部件和系统的动态特性，确定系统的控制规律，选择合理的控制参数。

实用新型内容

针对以上需求，本实用新型的目的是专为透平压缩机组控制系统提供一种仿真控制装置，用于透平压缩机控制系统（CCS）逻辑功能验证，控制参数调整，以及机组启动前操作员仿真培训。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种透平压缩机仿真控制装置，包括CCS透平压缩机组控制系统、仿真控制器和PC机，仿真控制器中包含信号处理电路、FPGA现场可编程逻辑阵列、CPU实时运算单元及通讯调试接口，CCS透平压缩机组控制系统和仿真控制器之间通过信号处理电路进行信号传输，PC机下装到仿真控制器里运行并完成仿真程序组态。

作为优选，所述信号处理电路包含四种I/O信号处理电路，分别是4路模拟量输入AI通道、6路模拟量输出AO通道、4路开关量输入DI通道和4路开关量输出DO通道。

当CCS透平压缩机组控制系统接收到仿真控制器开关量输出启动允许信号后，即可按程序操作，控制透平升速（本实用新型以透平驱动压缩机为例，电机驱动压缩机则直接定速到额定转速），CCS透平压缩机组控制系统通过模拟量输出通道输出透平阀位指令，仿真控制器根据透平数学模型计算透平仿真转速，并通过频率输出通道反馈透平转速给CCS透平压缩机组控制系统。

当CCS透平压缩机组控制系统接收到仿真控制器加载信号后，可通过手动或自动控制防喘阀、压缩机入口导叶或透平调节阀，并将阀位指令输出到仿真控制器，仿真控制器再通过数学模型计算出机组的转速、流量、压力等信号，输入/输出部分将这些信号送到CCS透平压缩机组控制系统的I/O通道，使CCS透平压缩机组控制系统与模拟透平压缩机组对象——仿真控制器构成一个完整的闭环系统。

作为优选，所述信号处理电路还包含2路频率输出通道。根据设定的脉冲频率和占空比，设定计数器的计数周期和打开关断时间，再经过隔离放大输出设定占空比的频率信号。

作为优选，所述CPU实时运算单元采用32位ARM处理器，用户可用程序存储器大于200KB，可组态语言符合IEC61131-3标准。

作为优选，所述仿真控制器连接有HMI人机接口。

作为优选，所述HMI人机接口为LCD显示器或触摸屏。

作为优选，仿真参数通过所述PC机或所述HMI人机接口设置。仿真参数既可以在PC机上组态在线设置，也可通过HMI人机接口设置。

本实用新型的优点在于：具有较好的实时性和通用性，组态方便，灵活性大，适用于透平压缩机控制系统（CCS）逻辑功能验证，控制参数调整，以及机组启动前操作员仿真培训等。

附图说明

图1为本实用新型的结构设计图；

图2为本实用新型中的仿真控制器的结构设计图。

图中主要元件符号说明：1、CCS透平压缩机组控制系统；2、仿真控制器；21、信号处理电路；211、模拟量输入AI通道；212、模拟量输出AO通道；213、开关量输入DI通道；214、开关量输出DO通道；215、频率输出通道；22、FPGA现场可编程逻辑阵列；23、CPU实时运算单元；24、通讯调试接口；3、PC机；4、HMI人机接口。

具体实施方式

为了更清楚的表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

实施方式为：如图1和图2所示，一种透平压缩机仿真控制装置，包括CCS透平压缩机组控制系统1、仿真控制器2和PC机3，仿真控制器2中包含信号处理电路21、FPGA现场可编程逻辑阵列22、CPU实时运算单元23及通讯调试接口24，CCS透平压缩机组控制系统1和仿真控制器2之间通过信号处理电路21进行信号传输。其中，CPU实时运算单元23采用32位ARM处理器，仿真控制器2连接有HMI人机接口4，在PC机上完成仿真程序组态，并下装到仿真控制器里运行，仿真参数既可以在PC机上组态在线设置，也可通过HMI人机接口设置，HMI人机接口为LCD显示器或触摸屏。

CCS透平压缩机组控制系统根据机组及工艺控制要求设计程序，完成对透平压缩机组的速度控制、防喘振控制、性能控制、辅机控制、机组启动以及联锁保护控制等。仿真控制装置是通过模拟透平压缩机组对象，代替透平压缩机组，接收CCS透平压缩机组控制系统输出的指令信号，通过数学模型计算出机组的转速、流量、压力等信号，输入/输出部分将这些信号送到CCS透平压缩机组控制系统的I/O通道，使CCS透平压缩机组控制系统与模拟对象——仿真控制器构成一个完整的闭环系统。

信号处理电路包含四种I/O信号处理电路和频率输出通道，分别是：

模拟量输入AI通道211：4路，0.2%精度；将现场4-20mA电流信号转成电压信号，再进行滤波处理后进行A/D转换，由FPGA现场可编程逻辑阵列将转换后的模拟量码值写入通道数据缓存区。

模拟量输出AO通道212：6路，可通过软件设置4-20mA、-10V~10V、-10mA~10mA输出，0.2%精度；FPGA现场可编程逻辑阵列将通道对应缓存区的输出码值发送给D/A转换器转换成电压信号，再经过电流电压转换电路输出设定电流或者电压值。

开关量输入DI通道213：4路，干接点，24VDC查询电源；现场DI信号经过光耦隔离输入FPGA现场可编程逻辑阵列，FPGA现场可编程逻辑阵列内置滤波消抖算法，并将相应的值写入通道数据缓存区。

开关量输出DO通道214：4路，干接点，节点容量为2A@24VDC；FPGA现场可编程逻辑阵列将通道对应缓存区的输出值通过光耦隔离输出，经过放大电流驱动继电器线圈，最终输出干接点。

频率输出通道215：2路，PWM占空比0-100%可调，频率可设置:0~10kHz；根据设定的脉冲频率和占空比，设定计数器的计数周期和打开关断时间，再经过隔离放大输出设定占空比的频率信号。

FPGA现场可编程逻辑阵列负责管理以上输入输出通道，并与CPU实时运算单元数据交换。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，本实用新型可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种透平压缩机仿真控制装置，其特征在于：包括CCS透平压缩机组控制系统（1）、仿真控制器（2）和PC机（3），仿真控制器（2）中包含信号处理电路（21）、FPGA现场可编程逻辑阵列（22）、CPU实时运算单元（23）及通讯调试接口（24），CCS透平压缩机组控制系统（1）和仿真控制器（2）之间通过信号处理电路（21）进行信号传输，PC机（3）下装到仿真控制器（2）里运行并完成仿真程序组态；

所述信号处理电路（21）包含四种I/O信号处理电路，分别是4路模拟量输入AI通道（211）、6路模拟量输出AO通道（212）、4路开关量输入DI通道（213）和4路开关量输出DO通道（214）。

2.根据权利要求1所述的一种透平压缩机仿真控制装置，其特征在于：所述信号处理电路（21）还包含2路频率输出通道（215）。

3.根据权利要求1所述的一种透平压缩机仿真控制装置，其特征在于：所述CPU实时运算单元（23）采用32位ARM处理器。

4.根据权利要求1所述的一种透平压缩机仿真控制装置，其特征在于：所述仿真控制器（2）连接有HMI人机接口（4）。

5.根据权利要求4所述的一种透平压缩机仿真控制装置，其特征在于：所述HMI人机接口（4）为LCD显示器或触摸屏。

6.根据权利要求4所述的一种透平压缩机仿真控制装置，其特征在于：仿真参数通过所述PC机（3）或所述HMI人机接口（4）设置。