PLC在離心式壓縮機防喘振控制系統中的運用探析

于政日

摘 要：PLC在離心式壓縮機中使用，可以明顯消除喘振造成的影響，提高壓縮機設備運行的穩定性。該技術的應用，使離心式壓縮機的維護更加簡便，并能達到更好的經濟效益。該文探討了何為離心式壓縮機喘振，分析了消除設備喘振方法，研究了GE Fanuc 90-30 PLC在離心式壓縮機中的運用，以及GE Fanuc 90-30 PLC系統中的功能和優勢。

關鍵詞：PLC 離心式壓縮機 防喘振控制系統

中圖分類號：TP273；TH452 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0122-02

PLC在離心式壓縮機中，屬于先進的控制技術。由于離心式壓縮機運行時，會產生喘振，造成機器運行不穩定。可以用FOXBORO盤前二次表來控制喘振，但維護方面比較繁瑣，工作量大，而且常出現不明原因的停機故障問題。因此，FOXBORO盤前二次表消除喘振的效果不夠好。PLC是消除設備喘振效果較好的控制技術，此研究主要進行分析PLC的應用及其效果。

1 何為離心式壓縮機喘振

離心式壓縮機設備中有葉輪的設計，葉輪可以通過高速率的旋轉將氣體輸送至壓縮腔中并壓縮氣體。如果氣體流量過少，會造成滯留在設備管網的氣體返流至壓縮腔內。氣體的快速灌入使壓縮機口與管網間的壓力差急劇增大，促使氣體從壓縮腔內排放出來。由此可見，在氣體流量不足的情況下，氣體會在壓縮機內產生震蕩，而這一過程是有規律性的，因而會產生規律性的振動，即是喘振。喘振會造成壓縮機運行不穩定，因此必須要消除喘振的影響。一般會對壓縮機出口進行處理，使其壓力下降，縮短喘振。還可以調整壓縮機入口的氣體流量，盡量消除喘振[1]。

2 消除設備喘振方法

2.1 控制相對穩定的氣體流量

由于氣體流量的變化是造成喘振發生的重要原因。控制氣體流量是消除設備喘振的有效途徑。一般是對離心式壓縮機進行流量限定。即設置好壓縮機的氣體流量定值，這個定值是最低的流量值。通常來說，定值的設置要在發生喘振流量閾值的7%～10%的范圍內。在壓縮機進行氣體壓縮的過程中，進氣的流量要保持超過這個定值，避免發生喘振。但這一方法也有缺陷，就是運行速度恒定的設備才能發揮良好的消除喘振效果，如果運行速度是變化的，這一消除喘振的方法不適用。而且，如果設備是低負荷運行的，那么設置氣體流量定值這一方法對消除喘振的效果也不理想，不適用。

2.2 將不同的氣體流量轉化為定值

由于喘振與壓縮腔出口壓力、葉輪旋轉速率、氣體壓縮比等有關。因此，在使用變速運行的離心式壓縮機時，喘振點會不斷變化。那么如果要消除喘振，則應將不同設備狀態下、不同的氣體流量進行控制。可以使用隨動系統來完成對氣體流量的控制，將氣體流量轉化成為穩定的一個定值，保證設備穩定運行，避免進入喘振區。使用隨動系統的方法操作簡單、安全，是廣泛使用的方法[2]。

3 GE Fanuc 90-30 PLC在離心式壓縮機中的運用

3.1 GE Fanuc 90-30 PLC控制系統

GE Fanuc 90-30 PLC控制系統中，包含了雙機熱設備、CPU、電源、通訊線路及模塊。該控制系統中的控制裝置與GBC網絡連接，形成熱備功能的網絡控制架構，并服務于整個系統。該設備中主要由兩層相互連接、通訊的機架連接，以端子排來作為連接的最基礎部分，形成數據采集系統。這一系統的作用主要是對設備運行進行數據采集和記錄、控制。GP-470屏幕與其他部件連接，形成上位機監控的主要硬件條件。這一部分使用的操作系統是微軟公司的Windows NT 4.0。GP-470屏幕在操作系統及控制裝置、數據采集裝置的配合下，可以輸出各種組態畫面。而相關工作人員可以通過屏幕輸出的信息了解機組情況，并進行相應的控制操作和監控。

3.2 GE Fanuc 90-30 PLC系統的優化

由于在機組的運行中，需要快速了解機組的情況。這就需要GE Fanuc 90-30 PLC控制系統能夠進行快速計算，實現PID算法，輸出信息。因此，在GE Fanuc 90-30 PLC控制系統系統中，裝置有高性能的CPU 351。CPU 351模塊可以迅速完成PID算法，并能夠結合梯形圖，實現對不同氣體流量的轉化和控制。在CPU 351 高性能的配合下，可以提高PLC系統消除喘振的效果。除此以外，在PLC中還增加了故障信號收集功能。在離心式壓縮機發生停機故障的情況下，PLC可以及時獲取停機原因，以便進行及時維修，恢復壓縮機的運行。為能夠提高操作的簡便性，方便維護，通常會將PLC組件裝在固定的防爆控制柜中，并放置在操作室內[3]。

4 GE Fanuc 90-30 PLC系統的功能和優勢

GE Fanuc 90-30 PLC是一個性能穩定、價格適當、性價比高的控制系統。該系統具備了雙機熱備功能，正常運行時可以實現主機、電源等組件冗余。而PLC的主機和從機的切換具有高度自由性，且不受干擾。數據采集部分可以以10mb/s的速率傳輸數據。在通訊方面，PLC支持的通信協議并非是單一的，而是多樣化的。因此，PLC系統在通訊方面具有開放性的特點，能夠實現其他的PLC系統以及DCS系統進行無障礙通訊[4]。

PLC控制系統還具備了自動故障診斷功能、容錯功能。該系統使用的CPU351能夠高速完成PID算法，實時刷新、輸出信息。PLC中設置的LogicMaster繪圖軟件是一個邏輯性強的軟件。該軟件能夠進行梯形圖的繪制，為PLC控制喘振提供數據。由于該軟件中增加了收集故障信息功能，能夠為離心式壓縮機的故障診斷和維修提供參考。PLC系統的GP-470屏幕可以輸出信息，工作人員可以通過屏幕對離心式壓縮機機組進行監控、操作。

5 結語

離心式壓縮機本身的葉輪、壓縮腔等的設計特點使其存在喘振的現象。喘振可造成離心式壓縮機機組運行不穩定，壓縮氣體效果不佳。防喘振是維護離心式壓縮機工作中的重要內容。GE Fanuc 90-30 PLC控制系統自從運用到離心式壓縮機中以來，發揮了良好的防喘振效果。在操作方面極為簡便，提高了離心式壓縮機的性能。該控制系統運行過程中，運行性能穩定，離心式壓縮機機組極少再出現喘振現象，有效提高了經濟效益。

參考文獻

[1] 陳浩然，陳奎，趙冬，等.離心式壓縮機防喘振方法的應用現狀[J].重慶理工大學學報：自然科學版，2015，29（3）：42-47.

[2] 宋海成.離心式壓縮機的防喘振控制[J].自動化技術與應用，2015，24（12）：9-14.

[3] 邢明磊，王志鑫，史吉隆，等.離心壓縮機防喘振智能控制系統初探[J].化工中間體，2015，34（12）：2-3.

[4] 宋鋒，田文海，龍飛，等.PLC在離心式壓縮機防喘振控制系統中的運用[J].電子技術與軟件工程，2016（3）：151.