搜索
马兵文档第1页2020-1-12第二十二章3C控制器马兵01第一节系统综述我公司现使用的压缩机防喘振及速度控制系统由美国CCC公司提供。共有6套系统分别如下：101-J：SIC-101、FIC-3、FIC-4102-J：SIC-201、PRC-102、FIC-12103-J：SIC-301、PRC-6、FIC-7、FIC-8、FIC-14、PRC-12105-J：SIC-501、PRC-9、FIC-9、FIC-10、FIC-11K-101：SIC-1、PRC-3、LSIC-1、FIC-61、FIC-62K-101B：SIC-2、LSIC-2、UIC-3、MPIC-11喘振的发生和危害1．I喘振的发生过程图l是一个简单的压缩机防喘振控制系统；图2是压缩机在一固定转速和稳定吸人条件下的性能曲线。图l中的两个测量变量是图2中压缩机性能曲线的两个坐标轴。一图1压缩机防喘振控制系统注：△P0吸入流量测量元件测得的差压；△Pt压缩机人口和出口间的差压；UIC防喘振控制器马兵文档第2页2020-1-12图2压缩机性能曲线在图2中，曲线上B点(喘振极限点)右边是压缩机安全运行区域的形状：B点左边则是压缩机喘振区域的理想特性形状。我们假设压缩机在A点稳定运行，此时返回阀处于关闭位置，防喘振控制器在手动方式下工作。如果这时系统阻力增加，压缩机的吸人流量将降低，其操作点将向喘振点B移动；如果流量继续减少到一定程度，压缩机操作点将越过B点。在B点压缩机排出的流量大于负荷需要，多出的部分气体暂时保存在压缩机出口的某个容器中，使压缩机出口压力增加。压缩机出口压力不能超过B点压力(对应着压缩机最大出口压力)此时惟一出路就是操作点由B点跳到C点，流量迅速下降并出现反向流动，喘振就此发生。由于C点不是稳定的工作点，随着流量的反向流动，出口压力必定下降，操作点沿着曲线CD移动。在D点流量不能沿着曲线DB建立起所需要的压力．操作点直接\跳到E点。在E点流量超过负荷的需要，压力再逐渐升高再次达到B点，这样一个喘振过程完成。下一个喘振循环又开始于流量从B→C的反向流动，直到有外部作用打破这种循环1．2喘振危害由于在喘振发生过程中．压缩机的吸人流量和出口压力会周期性低频大幅度的波动，引起压缩机轴的前后串动，使轴产生弯曲，造成机组振动加大。这种喘振轻者会损坏压缩机的段问密封，使压缩机效率降低并使生产过程产生波动；严重时会造成设备的损坏，中断生产的进行。因此喘振是影响压缩机组稳定运行的主要因素。2.3C防喘振控制器的控制要想防止喘振的发生，就要知道压缩机运行时它的喘振点在哪里，才能确定马兵文档第3页2020-1-12一个合适的喘振控制裕度，再根据喘振发生的特点通过一些特定的控制响应来控制防止喘振的发生，保护机组安全稳定地运行。3C防喘振控制器主要是通过以下几方面来实现真正的防喘振控制。1)通过选择一种适合应用函数计算出压缩机操作点与喘振点问的距离。2)根据喘振发生的特点，将闭环PI控制和各种开环控制相结合，实现防喘振控制。3)3C防喘振控制器中设有极限控制、解耦控制和各种后备功能，提高了系统的稳定性。4)配备快速的测量和调节设备，提高防喘振控制系统的响应速度。2．1喘振距离的计算和各种控制线2．1．1喘振距离的计算要保护压缩机防止发生喘振，同时又尽量减少循环避免能量浪费，防喘振控制器必须要能准确地决定压缩机与它的喘振极限有多远，才能确定一个合适的控制区。压缩机的运行状况在任伺时候都可以用一条性能曲线来表示，当流经压缩机的流量下降时，操作点会沿着性能曲线往左移动，最后会遇到一个最小的稳定流量和最大的出口压力这一点。在这点左边操作，压缩机就会发生喘振，这点就是压缩机的喘振极限点。压缩机在不同的工况下有不同的性能曲线，每一条性能曲线都有一个喘振极限点。所有这些点构成了一条喘振极限线(SLL)，如图3所示。压缩机喘振极限线上的流量是压缩机的喘振流量。我们把喘振接近度定义为一个变量(Ss)：它近似等于喘振流量值除以它的实际流量值。Ss=FSL／F实际当Ss=1时，操作点在喘振极限线上；当Ss1时，它的实际流量值小于喘振流量值，压缩机就会喘振；Ss1时，它的实际流量值大于喘振流量值，压缩机不会发生喘振Ss实际上是压缩机性能曲线上喘振点到原点所连直线的斜率，与操作点到坐标原点所连直线斜率的比。马兵文档第4页2020-1-12图3控制线间的关系除SLL线外其余4线的名称及意义，详见下文2．1．2条3C防喘振控制器计算喘振接近度的具体方法是，通过根据不同机组的实际条件选择不同的应用函数来计算的(喘振接近度)，其一般的表示形式如下：Ss=Kf1(Y)×f5(Z)／X式中f1(y)——Y坐标轴特性化函数；F5(Z)——通用的特性化函数；K——喘振极限线系数；X.Y——性能曲线的主要坐标；Z——通用特性化函数f5的自变量。2．1．2各种控制线1)控制线SCL要防止喘振发生，3C防喘振控制器必须在操作点到达喘振极限线之前开始动作,增加压缩机的流量，这样就要在喘振极限线右边设一个可变的安全余量b(喘振控制裕度SCM(SurgeControIMargin)即在SLL线右边设一条喘振控制线SCL，如图4所示。马兵文档第5页2020-1-12图4控制线间的关系喘振控制裕度SCM的计算式如下SCM=-bfA(Z)=一(b1+CRso+CRD)×fA(Z)式中b——喘振控制偏置(总的安全距离)；b1——初始控制偏置；CRso——微分响应；CRD——安全保险响应；fA(Z)——控制线特性函数；Z——控制线自变量。若喘振极限线SLL是一条喘振接近度Ss等于1的轨迹线，则喘振控制线SCL是Ss=1+bfA(Z)轨迹线。因此压缩机的偏差DEV(操作点与SCL的距离)可以表示成为DEV=DEVsc=1-bfA(Z)-Ss当操作点与喘振极限间的距离等于所要求的安全余量b时，DEV=0当操作点与喘振极限问的距离太于所要求的安全余量b时，DEV0，这时就可以关闭循环阀。当操作点与喘振极限问的距离小于所要求的安全余量b时，DEV0，这时就要打开循环阀增加循环量如果我们把操作点与喘振控制线SCL的接近度规定为S，所有S=1的点都在SCL线上．则S与SS的关系为：S=1-DEV=Ss+bfA(Z)DEV=l—S马兵文档第6页2020-1-12DEV和S为互补关系。如果控制线特性函数定义为一个常数(例如对所有Z，fA(Z)=1)，则各控制线的关系如图3所示；如果控制线的自变量和Ss的分母相同，我们定义一个反函数[fA(Z)=1/X]，各控制线的关系如图4所示2)循环跳闸线RTL循环跳闸线RTL(RecycleTripLine)规定一个操作极限，如果操作点越过这个极限，循环跳闸响应将快速地打开防喘振控制阀。循环跳闸线位于喘振控制线SCL和喘振极限线SLL之间。3)安全保险线SOL安全保险线SOL(SafetyOnLine)定义一个操作极限，如果操作点越过这个极限，则表明压缩机已经正在发生喘振，安全保险响应将增加喘振控制线的裕度(总b值)，迅速制止喘振。SOL线在喘振极限线的左边，它与喘振极限线的距离为SOM(SafetyOnMargin)。SOM=SOfA(Z)4)紧密关闭线TSL紧密关闭线TSL(TightShut—ofLine)定义最小的SCL的偏差，TSL线在SCL线的右边，它与SCL线的距离TSM(Tigt,tStut—ofMargin)为d1TSM=一dl(z)式中d1——紧密关闭线TSL与SCL线的距离。223C防喘振控制器的控制响应22．1PID控制响应对于缓慢的小的扰动，使操作点进入喘振控制线SCL左边的喘振控制区，3C防喘振控制器的PI控制算法．根据操作点与SCL之间的距离(DEV=e)产生相应的比例积分响应，防止压缩机操作点回到SCL左侧的非安全控制区。其比例、积分响应为：CRPI=(100／PB)×(1+KT／60⊿T)×e3C防喘振控制器的微分作用不是直接控制输出，而是用于加大3C防喘振控制器的安全余量。CRD=b3TdoSs／dt马兵文档第7页2020-1-12式中b3——最大的微分响应这样在操作点向喘振方向移动，但并没有实质的喘振危险时．不会将防喘振阀打开；只有在操作点处于或接近喘振控制线(SCL)时．才通过加大安全裕度使控制响应加大增加流量。这样一来，对于一般的扰动就既可以保持工艺过程稳定，又能防止喘振的发生。2．2．2根据RTL线的循环跳闸响应如果对于一个较大较快的扰动，当比例积分(PI)响应和特殊微分(D)响应不能使压缩机的操作点保持在SCL线的右边，而使操作点瞬间越过了SCL左边的循环跳闸线RTL，则循环跳闸响应就会以快速重复的阶跃响应迅速打开防喘振阀。这样就恰好可以增加足够的流量来防止喘振。其控制响应为：△CRRT=C1[TD1dSs／dt)一C0devRT]其中C0——循环跳闸增益；C1——最大的循环跳闸阶跃响应；devRT——循环跳闸偏差(操作点在RTL左侧时为负值)；dSS／dt——Ss的微分；TD1——循环跳闸时间常数。2．23根据SOL线的安全保险响应在喘振极限线左边有一条安全保险线SOL，如果因意外的情况(如组态错误、过程变化、特别严重的波动)使压缩机的操作点越过SLL和SOL线而发生了喘振，则安全保险响应就会重新规定喘振控制裕度的宽度，使喘振控制线右移，增加喘振控制线与喘振极限线间的距离，在一个喘振周期内将喘振止住。喘振控制裕度的宽度由控制器的总b控制．其第二项是安全保险响应。b=bl+CRso+CRD2．2．4紧密关闭线TSL的作用在喘振控制线右边有一条紧密关闭线TSL.如果操作点在TSL线的右边，那么防喘振控制器的TSL响应将输出0或100％信号，关闭防喘振控制阀。3C防喘振控制器根据喘振发生的特点，通过设定的不同控制线，当操作点越过不同的控制线产生不同的控制响应，把这些响应组台在一起产生一个独特的控马兵文档第8页2020-1-12制响应，这种控制响应既能防止喘振，又不会使工艺过程发生不必要的波动，也不需要浪费能量。2．33C防喘振控制器的其他功能在3C防喘振控制器中有各种备用控制策略，当计算喘振接近度公式中所用的输入信号出现故障时，提供一个经验缺省值以保持喘振控制的运行；另外3C防喘振控制器中还设有极限控制功能和解耦控制功能，用于保持压缩机人口、出口的压力信号在要求的范围内，并使各控制器之间的相互、干扰最小，提高整个控制系统的稳定性。243C防喘振控剥器配套变送器和调节阔的选择由于喘振发生的时间很快，大约1s完成一个喘振循环，因此在组成整个防喘振控制系统时，必须选择反应灵敏的变送器和响应动作快速的调节阀与其配套3C防喘振控制器的扫描周期为20ms，要求变送器的反应时间为30ms左右；同时要求调节阀在1—2s内完成从关闭位置到全开的动作。一般通过在气路上增加气动放大器(继动器)提高响应速度，这样组成的防喘振控制器系统方可满足防喘振控制的要求第二节3C控制器简易操作马兵文档第9页2020-1-12马兵文档第10页2020-1-12马兵文档第11页2020-1-12马兵文档第12页2020-1-12马兵文档第13页2020-1-12马兵文档第14页2020-1-12马兵文档第15页2020-1-12马兵文档第16页2020-1-12马兵文档第17页2020-1-12马兵文档第18页2020-1-12第三节3C控制器几种常用操作说明一、3C防喘振控制器软手动与硬手动之间的切换当排放或处理与3C防喘振控制器有关的流量变送器与压力变送器时，必须将调节器打至“硬手动”位置，方可进行处理。马兵文档第19页2020-1-121、调节器从“软手动”切换至“硬手动”时的操作步骤如下：按键显示MODEALOC5ON按键显示MODEAMORON按键显示MODEALOC5OFF这时手动指示灯闪烁表示为“硬手动”2、调节器从“硬手动”切换至“软手动”时的操作步骤如下：按键显示MODEALOC5ON按键显示MODEAMORON按键MODELOCK51ENTERMODEMOR1ENTER