机组控制系统论文.doc

控制系统原理及技术
(TS3000在催化裂化14000KW主风机组上的应用)
翟玉宏
（中国石油吉林石化公司炼油厂，吉林 吉林 132022）
摘 要：本文通过对机组控制技术，包括硬件及软件的现状和发展情况的调研，在对吉林石化公司催化裂化主风机组的控制和联锁保护要求作详细分析的基础上，提出应用一体化综合控制系统TS3000完成主风机组全部控制和保护功能的技术方案，并系统论述了其主要硬件结构、软件功能，重点论述了其三重化硬件技术和先进的防喘振控制等软件技术，在具体的项目实施中得到了满意的控制效果，为今后机组控制和保护做了有益的探索和时间。
关键词：主风机组 联锁保护 综合控制系统

第一章 绪 论
1-1 三机组控制和保护概述
在催化裂化装置中，再生高温烟气所带走的能量约占全装置能耗的26%，为降低此项能耗，自70年代中期，开发了烟气轮机能量回收技术。随着催化裂化技术的发展，装置处理量不断提高，尤其是渣油催化裂化的开发，再生烟气量不断扩大，同时入烟机的烟气技术参数不断提高。有的装置烟气的能量除满足主风机动力需要外，还能给全厂输出电力。烟气轮机的成功使用为石化企业的节能降耗做出了巨大贡献。
烟气轮机能量回收机组的合理配置，对确保催化裂化装置长周期平稳操作以及取得良好的节能和经济效益事关重要。大型静叶可调的轴流式风机较离心式风机具有效率高、稳定工况区宽、结构紧凑、单机能力大、占地小等优点，因而在大型流化催化裂化装置中的应用日益增多。
在目前的催化裂化装置中，烟气轮机--轴流风机--电动/发电机是一种应用较多的主风机配置方案。由于主风机组在流化催化裂化中的关键作用，主风机组的控制和保护一直为人们所关注，尤其是大型轴流风机，由于其稳定工况区的限制既多又严，而且一旦故障，经济损失将是惨重的，所以轴流风机的控制和保护一直是自控设计中的重点和难点，倍受重视。
另外，由于轴流风机极易受到喘振的伤害，严重的喘振将发展为逆流，从而造成较大的设备事故，所以轴流机的防喘振控制技术成为机组控制保护的一个研究重点。
三机组的控制系统包括：烟机轮盘冷却蒸汽、密封蒸汽控制；机组转速和负荷分配控制；机组润滑油，动力油压控制；轴流风机防喘振控制。
三机组的联锁保护系统包括：启动条件联锁保护；自动操作保护；安全运行保护；紧急停机保护；辅助油泵自启动保护。
针对三机组对控制和联锁保护的特殊要求，我们有必要设计一套软硬件具有高度可靠性，集成一体化的计算机控制和保护系统来完成三机组的监控和保护。
1-2 目前机组控制系统的现状及发展。
目前国内大多数机组仍采用DDZⅢ型仪表或可编程序调节器等常规仪表进行性能控制及调速控制，这些仪表反应速度慢，精度低，故障率高，无法实现复杂的控制方案，更无法实现机组的优化控制方案，机组的联锁保护仍然采用小型PLC固态逻辑甚至继电器搭接而成的系统，这样的系统 元器件容易老化，误动作率高，工作量大，不易维护，可靠性差。由于控制仪表及控制方案的落后，可靠性低，导致机组故障多，运行周期短，能耗大。
TS3000透平/压缩机综合控制系统是美国TRICONEX公司于1993年率先向用户推出的三重化冗余控制系统；即：输入/输出信号、CPU等全部三重冗余，运行单一程序的容错控制系统，它综合了TRISEN公司在机组控制方面的二十年的经验和TRICONEX公司硬件的优点，使机组的控制功能更加完善、可靠、集成度高。TRISEN公司已与TRICONEX公司于1992年合并。目前已有多套该种控制系统在世界上60多个国家的石油化工、钢铁冶金、发电、铁路等行业运行，主要用于透平压缩机综合控制（ITCC）系统、发电机--汽轮机综合控制系统、各种紧急停车（ESD）系统。TRICONEX控制系统于90年代中期成套引进中国。
TS3000透平/压缩机综合控制系统ITCC具有下述优点：
主处理器和I/O卡件完全三重化。
系统集成度高。
I/O卡件上的光隔离器全部三重化。
浮点协处理器经过TUV 六级认证。
32位芯片保证了系统的快速运行。
按照1131-3国际标准设计的基于WINDOWSNT的编程软件使用方便。
高度的系统诊断覆盖率，诊断功能皆为系统内置，不需编写应用程序。
系统维护和故障诊断非常方便。
所有模拟卡件精确度高，并可以自动校验。
应用软件的在线修改通过TUV六级认证。
主处理器的更换与I/O卡件的更换一样方便。
TS3000透平/压缩机控制系统ITCC为蒸汽和燃气透平驱动的关键过程提供综合的容错控制。通过使用TRICONEX的三重化模件控制技术，TS3000ITCC可取代任何现有的电子、气动或液压透平调速器，电子--机械继电器启动顺序及相关的压缩机容量控制器和防喘振控制器及负荷分配控制器，将透平和压缩机的控制集成于一个高可用率的系统中，可提高整个系统的性能和可维护性。
在吉林石化公司140万吨/年催化理解化改造项目中，我们采用了TS3000系统作为主风机组的监控和联锁保护系统，先后经过工艺系统和控制保护要求的分析整理，控制和联锁逻辑的方案设计，与外商谈判，召开项目条件会议，系统集成和软件编制，下载调试及联动试车等阶段，完全达到了机组的各项要求，取得了令人满意的效果。
第二章 催化裂化三机组控制保护方案分析
在催化裂化装置中，烟气轮机--轴流风机--电动/发电机是一种应用较多的主风机配置方案。由于主风机组在流化催化裂化中的关键作用，主风机组的控制和保护一直为人们所关注，尤其是大型轴流风机，由于其稳定工况区限定条件既多又严，而且一旦故障，经济损失将是惨重的，所以轴流风机的控制和保护作为自控设计中的重点和难点，下面分控制和保护两个方面对催化三机组进行一下剖析和探讨。
2-1三机组的控制
图2-1给出了催化三机组的控制流程
一． 烟机的控制
1．再生器压力控制和转速控制
如图2-1所示，正常时，烟机转速实测低于转速调节器SIC的设定值SP(一般可设定为额定转速的101.5%),这样正作用转速调节器SIC的输入偏差为负,其输出值为下降0%(MA),HS高值选择器将选择再生器压力和两器差压调节烟机入口蝶阀。一旦当烟机转速大于设定值SP时,调节器SIC输入正偏差,输出由0%正向积分上升,当其值大于再生器压力或两 器差压调节器输出HICI输出时,HS无扰动地选择转速调节器SIC控制烟机入口蝶阀。
2．烟机轮盘冷却控制
通过对烟机轮盘冷却蒸汽压力控制来达到对烟机轮盘冷却控制。如图2-2所示，烟机冷却蒸汽压力控制采用阀后取压，压力调节器作用为正作用，调节阀为风关阀。

二．轴流风机的控制
大型轴流式风机电子结构紧凑，动静叶片间隙很小，在功率特性中静叶开度与功耗成正比，同一静叶开度时，流量与功率成反比，流量--压力特性曲线陡，稳定工流区虽完但限制多且严，另外还存在急流量特性区，必须严防逆流等多方面的特殊性，其控制远比离心风机复杂。
图2-3所示为恒速静叶可调轴流式风机典型特性曲线，轴流风机的控制就是要使机组在各种情况下都能被限定在其特性曲线图中由A、B、C、D所围成的安全区域内运行。
1．旋转失速限
图2-3中的D线是轴流式风机的旋转失速限，低于此限就表明风机入口叶栅冲角过大时（静叶片开度角过小），叶片背面气流产生脱离，机内气流形成脉动流而导致叶片疲劳损坏。防止的措施是严格限制风机静叶片开度不小于制造厂规定的最小允许开度下操作，在风机启动时，应尽快通过旋转失速区。现在轴流机组制造厂已将风机的最小启动角设定为风机静叶最小允许开度为22度，旋转失速现象已从机械结构上得以根治。
出口压力P
喘振限A
E 一级阻塞限B
负流量特性
旋转失速限D 阻塞限C

入口流量G
图2-3 轴流风机典型特性曲线
2．防阻塞控制
图2-3中的C线是轴流风机的阻塞限。当轴流式风机出口压力降压，使末级附近叶栅处的流速达到声速时，风机进入阻塞工况，大的叶片压降可以导致后面几级叶片疲劳损坏。在流化催化裂化装置中，轴流式风机发生阻塞的几率是很低的，一般只在开机和开工烘器阶段操作失误时才可能发生，发生后的危险性也较小（机组较长期处于阻塞状态才能造成叶片疲劳损坏），而且，目前机组制造厂的叶片都具有较高的结构强度，故在催化裂化三机组控制中，一般不使用防阻塞控制。
3．防喘振控制
轴流式风机的喘振现象是一种机内气流在低流量条件下，在叶片上产生气流脱离而形成脉动流，并于出口管线的气容和气阻之间形成的振荡现象，此时机内气流和出口管网的压力和流量脉动可能发展成增幅振离。机组喘振的频率和振幅不仅与风机本身有关，而且与管网的气容和气阻有关。机组喘振对大型轴流风机的危害远远大于对离心式风机的危害，其危险主要有：a.大的机械振动可损坏机件b.气流脉动和机内温度上升危及叶片c.大的扰人噪声d.可能导致逆流，造成更大的破坏。
正是基于轴流风机喘振的破坏性严重，轴流机的防喘振控制显得格外重要，图2-3中的A线就是轴流风机的喘振线，大型轴流式风机的防喘振控制宜采用随动防喘振控制方案，绘制随动的防喘振流量控制系统操作线有两种方法：
其一，是根据机组制造厂所提供的机组特性曲线，绘制所需的防喘振控制线，这里机组制造厂所给的特性曲线是轴流风机入口流量和出口压力的关系，而在实际设计中，由于风机入口空间有限，没有足够长的直管段空间来安装入口流量计而使风机入口流量不能直接测出，所能测到的只是间接反应入口流量的喉部差压，这就需要求得喉部差压和入口流量的关系，其基本公式为：
W=K2×（P1×dp/T）1/2
其中吸入压力接近于1个大气压，因而上式可简化为：
W= K2×（dp/T）1/2
式中: W-质量流量kg/m3 dp –喉部差压Pa
k2-流量系数(喘振点附近) T-吸入温度K
流量系数K2可在现场烘两器阶段进行实测，因为这时全部主风均进两器而没有分支进增压机。这时我们就可以利用主风出口总量的流量仪表和喉部差压变送器实测出公式中的W值和DP值，由此计算出K2值。这样有了流量系数K2就可以将机组制造厂提供的喘振线由流量和出口压力的关系换算成可测得的喉部差压和出口压力的关系了，当我们得到表示两者关系的喘振线后，只需向右移动喘振流量的7-10%作为控制余量，就可以得到防喘振控制线了。
其二是可以通过现场实测轴流风机的运行数据，测出在不同静叶角度下喘振临界点的数据（出口压力值和喉部差压值），将这些实测点连接起来就是该轴流风机的实测喘振线，然后同上面说的一样，只要稍做处理一条防喘振控制线就可以绘制成功了。

我们假设绘制的防 出口压力P
喘线就如图2-4中所示。
反喘振控制中用喉部差 喘振线 防喘振线
压（入口流量）控制防 工作点
喘振调节阀，其防喘振
调节器的设定值取自出
口压力和静叶角的函数 喉部差压DP
SP=F（P，2），也就是图 图2-4 防喘振曲线
2-4中的防喘振线；而其检测信号则取自喉部差压。当轴流风机运行在防喘振线以下时（即PV>SP），调节器输出20MA，防喘振放空阀全关；而当轴流风机运行超过防喘振线时（即PV<SP），则放空阀自动打开，机组将运行在防喘振线上，此时虽已不是正常工况，但却避免了机组喘振所造成的严重破坏，一旦外部条件正常，轴流风机将重新运行在正常工况的工作点上。
4. 负荷控制
大多数恒速运行的大型轴流式风机负荷都采用可调静叶转角开度控制，用风机出口流量控制静叶开度，控制流程见图2-1所示。图2-5给出了静叶调节的控制方块图，从图中可以看到静叶开度调节实际上是一个串级调节回路，而其付回路这个闭环是在伺服控制器中实现的。
SV
静叶
静叶
主风量
油缸
伺服阀
伺服控制
×
PID

位移检测
PV PV
流量检测

图2-5 静叶调节控制方块图
为了能更好地理解静叶角度调节的原理，图2-6给出了静叶定位系统的原理图。
如图2-6所示，伺服控制器的给定信号来自流量调节器的输出，其检测值为由位移传感器测得的静叶位移信号，经位移变送器变换成标准的电信号送给控制器与设定值比较，其差值经控制器比例放大后送给伺服阀。12Mpa的动力油同时送给伺服阀和电磁阀。
设定值(来自主风出口流量调节器输出)
静叶变送器

位移传感器

控制器

伺服油缸

伺服阀
轴流风机
电磁阀

动力油

图2-6 静叶定位系统原理图
压缩机正常工作时，电磁阀是截止的，因此由伺服阀控制的液压油同时送给压缩机左右侧的两个油缸（伺服马达），油缸活塞同步驱动压缩机调节缸同轴做往复运动，实现调节静叶角度，改变主风出口流量的目的。
2-2 三机组的联锁保护
催化裂化三机组的联锁保护是保证机组安全的最后一关。由于机组的联锁保护并不是孤立的自我保护，其联锁保护还将带动装置和增压机保护的动作，故必须先明确三机组保护和其它联锁保护的关系，表2-1就给出了他们之间相关连的说明。

进料切断
反再切断
主机机组
增压机停车
保安运行
停车
进料流量低限
半自动

反应温度低限
半自动

两器差压超限
半自动
半自动

主风机流量低限
全自动
全自动
全自动

全自动
风机——烟机机组严重故障
全自动
全自动

全自动
全自动
增压风流量低限
半自动
半自动

增压机严重故障
半自动
半自动

全自动

表2-1 机组联锁与其他联锁系统之间相互关系
由表2-1中的关联我们会发现一个矛盾，那就是从机组本身的安全考虑，在异常情况下往往都希望自动紧急停车比较安全，但是从装置生产角度考虑，如果自动紧急停车的项目愈多，在实际生产操作中误动作的几率也相应增多，而每一次紧急停车对时间和经济的损失都是很大的，所以希望这些机组应尽可能少接自动停车处理，因此把这两方面的要求和特点统一起来考虑，是设计和生产中必须解决的重要问题。
总结多年来流化催化裂化装置的开工和生产实践，催化三机组自动保护联锁的设置原则是：异常的故障情况会导致机组严重损坏时，机组应按全自动紧急停车处理；上述情况以外的故障只提供声光报警，经操作人员确认处理无效后，按人工半自动停车处理。根据这个原则，我们为催化三机组设计了最优化的保护联锁逻辑，将在下面做详细介绍。
一． 三机组的保护联锁逻辑
所谓机组的保护联锁就是严格保证机组的启动、运行和停车严格控制按设计确定的程序执行。轴流风机的自保逻辑相对离心风机要复杂许多，在执行上要特别留心，严格保证机组安全。
1 、启动联锁逻辑
为防止机组停机后立刻再次启动造成对机组的冲击，因此应在停机后延迟15分种再进行启动，机组启动前应进行盘车检查，确认无误后方可再次启动。机组操作面板上设置“预启动检查安全钮”，用以将启动需要判断的阀门状态，强制执行到位。启动前，有关设备和阀门应处的状态如下：
a. 润滑油压正常（≥0.24Mpa）
b. 动力油压力正常（≥11MPa）
c. 润滑油冷动器出口温度正常（≥25℃）
d. 静叶角关闭（α=22°）
e. 反喘振放空阀全开
f. 风机出口止回阀全关
g. 烟机入口蝶阀关闭
h. 烟机入口闸阀关闭
i. 主电机跳闸释放
以上条件均满足后，“启动待命”指示灯亮，如条件有不满足项，则给出报警信号，提示操作工检查排除。在“启动待命”发出允许合闸信号，这时就可以在由电工盘上按下启动按钮启动机组了。
2． 自动操作逻辑（见图2-8）
启动完成，应保持五分钟，以便做各方面的检查。五分种后“主风机自动操作可进行”指示灯亮，现场检查无误后按下“自动操作”按钮，使a. 防喘振放空阀投自动；b.止回阀电磁阀线圈励磁释放，阀门打开；c.静叶投自动；d.烟机入口蝶阀投自动。注意以上所说的投自动并不是阀门真正的自动操作，而是指阀门的自保信号解除，阀门或静叶改由DCS调节器输出控制，一般情况下，机组投自动操作初期，这些调节器并没有投自动，而是由人工操作调节器的输出。在现场机组投自动操作时务请注意明确此前风机出口的电动阀已关闭，这样在机组投自动操作后慢慢开出口电动阀，关放空阀，最终将主风引向装置。另外烟机入口闸阀需在投自动操作后在现场手动打开，这是因为没有赋予自动保护系统开烟机入口闸阀的权限，以确保此阀不会由于误操作而打开造成事故。
3． 安全运行逻辑（见图2-9）
机组在正常运行中因装置操作需要或机组本身原因，暂时切断向再生器供风，但机组仍按额定转速运行，产生主风放空。这就是轴流风机的安全运行状态。其操作步骤如下：
a. 当装置自保发生（或手动安全运行按钮按下）时，自保阀门应做如下动作：风机出口止回阀全关；反喘振放空阀全开；静叶关闭至22°；烟机入口蝶阀全关。
b. 若此时“放空阀全开”、“止回阀全关”、“静叶关闭”、“烟机入口蝶阀全关”指示灯全部闪光，则表示机组已经进入安全运行状态，其“安全运行”指示灯亮。
c. 若以上灯并未全亮，则说明可能某一执行元件存在故障，保护联锁系统会给出报警信号，提示操作人员尽快消除故障或采取紧急处理方案。
d. 机组一旦进入安全运行状态，则至少需要保护5分种才能重新返回自动操作程序。
e. 当机组安全运行后，它将带动增压机组停车和装置联锁发生（当安全运行并非由装置自保引起时）。
4． 逆流保护逻辑（见图2-9）
轴流风机在流量和压力大幅度的振荡时，可能导致机组跃变到负流量特性上稳定运行，此时机组就会进入最危险的逆流状态。当逆流时，输给风机的强大功率都在机内转变为加热机内气流的热能，使机内温度甚至可猛增到1000℃。
逆流保护是继防喘振保护之后的第二保护性措施。逆流信号取自喉部差压，若主风机运转时风机喉部差压低信号产生并持续1秒，则认为低流量信号成立，并产生喘振报警，并在喘振计数器中记录喘振1次，此时时间继电器启动，若在3秒内低流量信号消失，并在20秒内信号取自喉部差压，若主风机运转时风机喉部差压低信号产生并持续1秒，则认为低流量信号成立，并产生喘振报警，并在喘振计数器中记录喘振1次，此时时间继电器启动，若在3秒内低流量信号消失，并在20秒内不再次出现，则喘振保护控制不起作用。若低流量信号持续3秒或3秒内虽然消失，但20秒内又第二次出现，则发出逆流报警，“喘振”指示灯亮，机组进入安全运行状态。如果机组在安全运行后逆流工况消失，则在5分种后自动进入自动操作程序。如果在逆流报警10秒后（此时机组已经安全运行），逆流工况仍不能消除，则机组自动紧急停机。
5． 紧急停机逻辑
紧急停机是保证机组安全而采取的最后一道安全保护措施，对于催化的机组（烟气轮机——轴流风机——电动/发电机）在下列情况之一时，将实行紧急停机。
a. 机组超速n≥≡≥ne（三取二）
b.烟气轮机轴位移过大（±0.4mm）
c. 轴流风机轴位移过大（±0.6mm）
d. 润滑油系统压力过低（≤0.12MPa）
e. 主电机跳闸且转速n<85%ne
f. 流时间持续10秒以上
g.“手动紧急停机”按钮按下
紧急停机条件发生后，机组的各执行元件将做以上动作，使机组能够安全平稳地停下来。
a. 待机组超速n<ne 后静叶关闭到22°（10秒内完成）
（关静叶增加n<ne 条件是因为电机跳闸后的短暂时间里烟机的转速会升高，这时如立即关静叶，则负荷降低，转速反而不能很快降下来，故需在电机跳闸后，烟气量已有一定减少，使n<ne 后再关静叶为宜）
b.快速打开反喘振放空阀（3秒内完成）
c. 关闭主风机出口止回阀（5秒内完成）
d. 关闭烟机入口蝶阀（10秒内完成）
e. 关闭烟机入口闸阀（40秒内完成）
f. 主电机跳闸（1秒内完成）
g. 向装置和增压机发出联锁信号。
6． 润滑油系统逻辑
1） 润滑油箱加热器投运逻辑
设置手动和自动投加热器和切除加热器两种手段。
2） 润滑油泵投运逻辑
催化三机组的润滑油泵一般以汽泵为主泵、电泵为备泵。主泵启、停由电工控制。备泵可在电工盘上设定为手动或自动启动。
若设为自动则通过本逻辑在润滑油压力低于0.18Mpa时，自启动备泵，但停泵由人工处理。若设定备泵为手动，则备泵可以通过就地开关或电工盘上开关启动、停止。正常操作时备泵应投自动。
7． 动力油系统逻辑
1） 动力油箱加热器投用逻辑
设置手动和自动两种投用加热器和切除加热器手段。
2） 动力油泵投用逻辑
一般动力油泵是采用两台电泵互为备用的方式。假设A泵为主泵，那么B泵为备泵，就有自动和手动启动两种方式。若B泵设为自动启动，则通过本逻辑当动力油压力≤11Mpa时，备泵自启动，但停泵由人工处理。若B泵设为手动，则B泵可以通过就地开关或电工盘上开关启动、停止。正常操作时，备泵应投自动。
第三章 TS3000机组控制及联锁保护系统
现在国内大多数机组仍然采用七十年代的生产的电Ⅱ型仪表、电Ⅲ型仪表进行防喘振控制，性能控制及调速控制，这些仪表反应速度度慢、精度差、故障率高、无法实现一些复杂的控制方案。机组的联锁保护系统多数仍然采用小型PLC或继电器搭接而成，这样的系统元件容易老化、误动作率高、工作量大、不易维护、可靠性极差。由于控制仪表及控制方案落后，导致机组故障多、运行周期短、能耗大。
为了保证能机组的长周期、高效率运行，要求某些关键的控制点实现双冗余或三冗余，已往的系统采用二个或三个同样的系统组合构成相应的冗余系统，这样的冗余系统各部分之间相互独立、有的只是输入或输出信号冗余，而CPU却没有相应的冗余，有的CPU虽然有冗余，但运行的却是不同的程序，这样的系统不能很好地分辨出哪一个出了问题并加以排除。
基于上述这些考虑，TRICONEX公司经过多年的努力，研制出了一种新型的输入/输出信号CPU全部冗余，运行单一程序的容错控制系统。这样就大大提高了系统的集成度、可靠性及可维护性，消除了分立系统的各种弊端，大大减化了系统间的接线及通讯工作，为机组的长周期安全稳定运行提供了可靠的保障。吉林石化公司催化裂化烟气能量回收三机组就选用了TRICONEX的TS3000系统实现机组的集中控制和联锁保护。
TS3000一种大型的输入/输出信号、CPU全部三冗余，运行单一程序的容错控制系统，集机组的透平调速控制、防喘振控制、性能控制、负荷分配控制、抽气控制、自保联锁逻辑控制、烟机控制、发电机控制为一体的综合控制系统。
在TRICON控制器中可以运行两种编程软件:MSW及TS1131。这两种编程软件都可以用来开发各种工艺控制软件,并进行在线模拟试验。
TRISTATION MSW是下位机软件,用于ESD系统及透平控制系统,使用梯形图或功能块进行软件组态。工程师软件有仿真功能,允许用户在下装程序到控制器之前可模拟运行。
TRISTATIONMSW是运行在DOS操作系统下的编程软件,硬件要求为486PC机或更好的机器。MSW编程软件的主要功能如下:
系统硬件的组态:模块组态画面用来定义TRICON系统各模块的分布情况。这也是控制程序的一部分,下装后如果组态的内容与实际的卡件分布情况不一样,则会自动报警。
编制控制程序:TRISTATIONMSW梯形逻辑编辑器使用标准的触点、线圈、定时器、计数器等,编写类似继电器梯形逻辑的梯形逻辑程序。对于模拟量,则使用一种类似于BASIC的高级语言来写控制逻辑及算术表达式。编写程序时,MSW有现成的算法可供调用。利用MSW软件编程有以下优点:
·不用编写地址,用位号来指明控制程序的流向。
·在逻辑行中,可以添加用户所需的备注。
·功能菜单显示在屏幕上。
定义变量:利用TRISTATION DICTIONARY编辑器定义控制点及程序变量,使用变量名而不是使用数字地址。一旦定义完,可以用查找面板来输入或显示控制的查找内容。
·使用输入功能,可以把ASCII文件中的数据传送到DICTIONARY编辑器中。
·使用输出功能,可以把DICTIONARY编辑器中的数据传送到ASCII文件中。
这种"输入/输出"功能使用的方法与普通PC机上使用的方法是相容的。
检验控制程序:对于一些特殊的控制,可以使用程序编辑器中的仿真功能来模拟试验,以检查程序的正确性。用梯形逻辑监示器监示整个梯形程序的执行情况。这可以脱离TRICON 硬件进行试验,也可以在TRICO运行方式下进行。
在模拟试验时,可以触发输入信号,可以修改变量的值。
注:如在TRICON运行方式下进行模拟试验,在修改I/0的值时,必须首先取消这些I/0的输入/输出,取消时,这些点会连续闪烁。
诊断系统故障:TRISTATION诊断显示屏幕显示当前控制程序的性能参数及故障情况。显示信息如下:
·节点号及槽位号
·上一次更新数据的日期及时间
·TRICON的停止开关是否在停止位置
·控制程序的当前状态及开关的设置情况
·程序名及版本号
·可以使用的内存情况
·运行时间
·所需的扫描时间及实际的扫描时间
系统状态显示每次显示一个槽的状态。如果某个槽有故障,可以调用故障详细显示画面来查询故障情况。
其它一些主要功能:信息资料---每一个控制程序有一套完整的信息资料,TRITATION有几种信息资料以满足各种需要:
·模块组态资料:提供I/0组态清单及现场仪表的情况,这有助检查整个回路。
·Dictionary资料:提供Dictionary编辑器中的一些组态资料,以便参考。
·梯形逻辑程序资料:提供梯形逻辑程序的备份资料,显示某一个逻辑行是否下装到TRICON硬件中。
口令保护:TRISTATION可以有多种级别的口令保护。一般有四种,用户可以自行定义。用户可以为每一个控制程序定义一个口令,以防发生意外的修改。
第四章 TS3000防喘振控制技术
一． 功能概述
1． 喘振检测:根据测量压缩机的入口流量、出口压力、入口压力这三个量,TRICONEX有一个独特的喘振预测技术。使用这种技术,气体分子量变化不会影响机组的防喘振控制。
2.喘振预防： 如果机组发生喘振,喘振控制器控制回流阀,同时为速度控制器的设定值提供一个偏差值,使该设定值增加或减少,以实现耦合控制。一般情况下,喘振控制阀的动作可以满足防止喘振的要求。如果需要,压缩机的速度可以提高以增大入口流量。
3． 喘振控制方框图
喘振控制系统能够以模块形式完美地描述出来。每个模块都有一个很容易定义的功能,它与其它模块通过输入、输出信号相互作用。在以下部分,将对各功能块进行介绍。
二． TS3000系统喘振控制功能
1．功能说明
由于喘振产生得非常快,因此必须应用专门的控制技术来及时打开回流阀,防止喘振发生。
TS3000系统有一套完美的防喘振技术,执行速度快(周期10O毫秒,并能有效地应用复杂的控制算法。TS3000系统也具有透平机速度控制功能,它能在系统内部实现速度控制与喘振控制之间的耦合控制,提高系统的响应速度及稳定性。
防喘振技术要求的基本功能:
1） 选用Pd/Ps-WPs或Dp-h算法。
图4-2 喘振控制方块图
2）如果由于某种原因,机组发生喘振,喘振安全边界自动重新调整。
3）工作点突然移向喘振区,喘振设定值徘徊功能将打开回流阀。
4）喘振控制器有适配增益和快开、慢关功能。
5）比例功能可忽略控制器的调节,强制打开回流阀。
6）速度控制器与喘振控制器进行耦合控制,必要时进行解耦。
7）使用软或硬手动控制功能有助于安装、故障检测与测试。
8）将等百分比阀进行线性化。
9）当工作点接近喘振线时,阀门预置特性打开回流阀泄压进行调整。
10）如果突然发生喘振或联锁停车,用开关量信号打开回流阀进行放空。
注:根据实际要求选择以上功能,不需要的功能不参与组态。
2．选择压比或差算法
如前所述，两个算法根据应用任选一种。
喘振线可由10条线段组成，以下例子显示4条。

图4-3 喘振曲线-压比 图4-4 喘振曲线-压升
3．安全边界的重新校验：
系统检测到工作点跨过喘振线时,表示喘振己经发生,系统自动向右调整喘振控制线,增加一个新的安全域,并在喘振控制画面上动态显示出来。
引起喘振的原因如下:
1）安全界限不适当:
2）工作点急剧变化:
3）使用不正确的喘振线:
4）防喘振系统错误的调节和设定:
每一次喘振被测得时,安全边界增加一固定距离(控制线右移)。产生新的安全边界,让此安全边界成为当前的防喘振安全边界。
系统每次校验时可以增加一个固定的值(如每次2%等),也可以用递增的方式增加。校验的最大次数也可被指定。
系统显示如下:
1）喘振发生的次数(校验的次数):
2）最初的安全边界:
3）当前重新校验后的安全边界。
4.设定徘徊点:
在大多数的应用中,压缩机不能连续地或长期工作在喘振控制线上,当工作点位于控制线(安全区域)的右边时,喘振控制器的设定点按设定的斜率进行增加,设定点与当前的"H"值的差值为一个固定的值。
当工作点向喘振区移动的速度大于徘徊点移动速度且超越徘徊点时,将发生以下情况:
1）迅速开启回流阀
2）徘徊设定点迅速按相同的速率减少,直到回流阀打开
3）建立新的工作点
如果设定点到达了喘振控制线,系统将一直打开回流阀使工作点工作在喘振控制线。
注:这些特性在有些情况下不需要,在使用它之前应对其作用进行估算。
5．适配增益和不对称响应
喘振控制器提供一个适配增益特性。当工作点在喘振控制线的右侧时,减少比例项的作用,当操作边界超出喘振控制线右侧一段特定距离时,就应引入一个适当的增益。
回流阀的打开,取决于比例和积分响应,但是快开慢关特性又限制回流阀关闭的速度,这些特点就允许了回流阀能够快速打开,防止喘振,当操作在喘振控制线右侧的安全区时,回流阀按照一个固定的缓慢的速率关闭,在这种情况下,可以重新调整转速,以形成新的工况。
6比例特性
系统有一个纯比例控制功能,这个功能可强制打开回流阀,而不管当时的比例积分控制器的作用。如果工艺扰动很大,工作点迅速移到喘振控制线的左边,而通常的调节不能满足调节要求,在这种情况下,这功能才起作用。当工作点达到喘振控制线的左边某一设定的范围时,开始打开回流阀,当工作点达到喘振线上,100%打开回流阀。
换句话说,当工作点往左移动时,按移动的比例打开回流阀。这一功能与其它的功能块进行高值选择后,直接控制回流阀。
在喘振控制器即使调节不好时,这一功能也能起到保护设备的作用。
7.喘振和速度控制器的耦合控制·
对于速度可调的机组,(通常是蒸汽透平驱动)通常通过改变压缩机的速度来满足工艺要求,如压缩机的流量、入口压力、入口温度、出口压力等。这个速度控制器可以是系统内部的,也可以是外部的。
对于出口压力(Pd)一定的机组,根据性能曲线,转速提高,流量会增加。因为压缩机的性能控制器和喘振控制器对流量都有影响,所以这两个控制器之间相互作用。根据不同的应用,这种相互作用可能会造成系统不稳定,使喘振的保护很困难。
8.放空和起车逻辑
在起动压缩机前,回流阀应关闭,以便吹扫机器及入口和出口管线中的压缩气体。
一旦吹扫结束,喘振控制程序便将此阀打开。喘振控制程序可以在任何情况下将此阀打,然后根据下列情况调用喘振控制功能:
1）开启。
2）调速器打到最小。
3）投到远程控制。
在喘振控制器起作用之前,回流阀全开。在喘振控制器发生作用时,会缓慢关闭回流阀。
9.手动控制
有效的手动控制有两种:
第一种是完全的手动控制。它可以使回流阀全开或全关,而不管喘振控制器如何动作。这种控制多用于安装和试车,不能用于常规运行中。如果系统置于全手动状态,那么喘振控制程序将不能打开防喘振控制阀,以防止喘振发生。
第二种是部分手动控制。这种方法可以允许操作员打开回流阀。但当喘振控制器要求打开回流阀以防止喘振时,手动关阀不起作用。
10.阀门特性曲线线性化及正反作用的设置
TS3000系统对等百分比阀进行线性化。这一功能将使得系统的作用更加线性化。当系统工作在不同的工作情况时,可以避免一些不稳定的操作。
11． 存储输出
当工作点偏移喘振控制线左边一个指定的距离时，就输出一个开关量使回流阀快速控制器对阀的正常比例控制。

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