淺談壓縮機防喘振控制中三冗余PLC應用

朱 巖

（沈陽鼓風機集團股份有限公司,沈陽 110869)

淺談壓縮機防喘振控制中三冗余PLC應用

朱 巖

（沈陽鼓風機集團股份有限公司,沈陽 110869)

在經濟飛速發展的今天，機械化設備更多的應用于經濟建設中，而在機械化設備的應用中，壓縮機的使用頻率也在逐年升高。鑒于此，很多人比較關注壓縮機的可靠性和安全性。在近幾年中，在壓縮機防喘振控制中，應用最多的則是三冗余PLC，將三冗余控制系統作為基本控制單元，實現壓縮機防喘振控制。本文以富氣壓縮機控制系統為例，通過對各系統的介紹，論述防喘振控制的原理和控制方法，通過應用這種方法，系統有了明顯的改進，在實際的生產應用中作用巨大。

壓縮機；可編程控制器；三冗余；防喘振控制

當今中國的發展勢頭越來越快，機械化設備的應用程度也越來越高，而壓縮機是機械設備應用過程當中重要的組成部件之一，為了保證壓縮機的可靠穩定運行，當前，采用三冗余可編程控制系統，對于壓縮機進行防喘振控制，能夠提高壓縮機的穩定運行程度。本文以富氣壓縮機組為例，探討如何采用三冗余技術，提高壓縮機的穩定性能。

1 防喘振系統的控制配置及原理

目前，市面上所見到的最好的防喘振控制系統是TS3000，其內部包含有Trident系統的TMR結構，輸入信號進入端子后分為3個獨立的電路，輸入卡件的每一個分電路都會讀取相應的數據并且快速的傳遞給主控制器。3個主處理器利用專有的三重化總線（TRIBUS）進行相互通訊。通過這種3重容錯能力，來保證整個機組的順利平穩運行。一旦電路出現故障，就能做最快速的預測，實施間斷控制，提高設備的運行能力。

1.1 Trident系統

這一系統是三重化冗余模件，也是一種具有高容錯能力的可編程控制系統。因為容錯是其非常重要的特性，可以識別和補償控制系統元件的故障，并對其進行修正。因此容錯技術有效的提高了控制器的安全性能和可用性能，在其工作過程當中使其得到良好的控制。這一系統主要是由三個安全相同的系統通道所組成，每一個系統通道都是獨立的程序，與其他兩個通道作并列工作。當數據通過每一個通道輸入和輸出時，獨立通道都會對其數據進行處理。因為這三個通道是相互獨立的，所以，任何一個電路內出現故障，都不會給其他兩路電路產生影響。

1.2 系統軟件的組成

這一系統專有Tristation 1131編程軟件包，用FBD、Ladder Logic及Structured Text標準語言編寫程序，這一編寫程序能夠實現模擬量處理運算，順序控制邏輯和控制算法等一系列任務。其中上位監控軟件有INTOUCH，這一軟件能夠實現將現場數據完整的顯示和監控功能，對現場機構的執行，起到一定的監督作用，其后，通過DDE組態將上位機監控軟件的數據相連接。

2 壓縮機防喘振控制方案

因為離心壓縮機本身具有一定的特性，這一特性就是當壓縮機入口流量小于某一流量時，由于氣流壓力，會使得機器引起強烈的振動現象，這一現象就被稱作為壓縮機的喘振。一般來說，在壓縮機發生喘振過程中，排氣壓力會大幅度增加，這時氣體呼進呼出，出現周期性的振動，如果在這個時候不采取措施，很容易導致壓縮機的軸承及密封件受到損壞，更為嚴重的是，這一現象可以引起轉子與固定元件相互碰擦，進而導致惡性事故的發生。

2.1 防喘振控制的常用方法

為了有效預防喘振現象的出現，維修者常常通過各種各樣的方式進行防喘振控制，通過不同壓縮機的型號，繪制相關的性能曲線，將喘振上壓力及流量的各點，連成一條曲線，這條曲線通常被稱作為喘振線。一般來說，在工程中，如果能夠確定喘振線，在此基礎之上，向右平移8%到10%，就可以在壓縮機工作狀態之下，防止喘振的發生。傳統的壓縮機防喘振控制，一般是通過出口回流入口，或者是出口放空等方式來實現的。而如果從能源利用的角度出發考慮，采用將壓縮機的出口流量，通過防喘振閥打回流到壓縮機的入口，能夠保證壓縮機的入口流量增大。通過這樣的原理，目前采用兩種方式控制喘振，一種是固定極限流量法，另外一種則是可變極限流量法。2.1.1 固定極限流量法

就固定極限流量法而言，能夠保證壓縮機的流量始終大于壓縮機工作狀態下喘振點的流量，一旦出現壓縮機流量小于喘振點流量，防喘振閥門會自動打開，這時氣流從壓縮機的出口回流到入口，能夠有效的增加入口的流量。但采取這種方式往往會出現非常多的問題，比如說使壓縮機的轉速降低，這時壓縮機在低負荷運轉過程當中，機械流量的就會增大，造成能量的巨大浪費，但這種控制方法非常簡單，在目前能源節約的發展態勢之下，這種方法已經不被人們所使用。

2.1.2 可變極限流量法

而可變極限流量法是指，壓縮機的負荷隨著轉速的變化而發生變化，在不同轉速情況之下，喘振極限流量也會出現不同的變化，這樣能夠有效的防止喘振的發生，但是在極限流量控制過程當中，必須要滿足相關的條件，這樣才能夠使其流量值和轉數值達到均衡，保證機器的正常運轉。

2.2 通用性能曲線控制法

根據相似原理，如果離心式壓縮機在不同轉速情況之下，能夠在周圍介質的溫度和壓力變化的條件下，保持工況相似。用專業的術語表示，要保持馬赫數，流量系數，絕熱指數的值不變。這樣才能夠控制壓縮機的壓力比，使其效率不發生變化。在工作過程當中的控制方式，只要采集三個數據，就可能完成喘振線的繪制，這三個數據分別是壓縮機入口壓力，壓縮機出口壓力，以及壓縮機入口流量測試。通過對不同工況的影響值測試，繪制通用性能曲線和壓縮機防喘振曲線。但是必須要保證壓縮機在運行過程當中，喘振曲線要在右側，這樣也能夠有效的避免喘振的發生。與此同時，還要通過三冗余編程程序，通過數據運算對壓縮機的控制點做適時的調整，在這種三重操作之下，就能夠完成壓縮機防喘振的任務。

3 結束語

本文主要采取的是TS3000這一基本控制單元，來實現壓縮機的防喘振控制，通過實踐證明，這一方法具有良好的可靠性，能夠避免系統單點故障而引起停機，對整個壓縮機的運行，起到極大的優化作用。

[1]武興廣.壓縮機防喘振閥門的噪音和選型淺談[J].中小企業管理與科技(上旬刊),2015(01):202-203.

[2]韓振生.淺談離心式聯合壓縮機喘振及相關防范措施[J].化工管理,2016(21):76.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.025