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FSC系統(tǒng)
防喘振控制
摘要：防喘振是各類鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)的一個(gè)特有控制。由于喘振對(duì)風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行有著致命的危害，因此世界各國(guó)的風(fēng)機(jī)控制工程師都在想方設(shè)法優(yōu)化控制：采用先進(jìn)的算法、采用可靠的硬件、增加智能化的功能等，最終達(dá)到防喘振的目的。
防喘振是各類鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)的一個(gè)特有控制。由于喘振對(duì)風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行有著致命的危害，因此世界各國(guó)的風(fēng)機(jī)控制工程師都在想方設(shè)法優(yōu)化控制：采用先進(jìn)的算法、采用可靠的硬件、增加智能化的功能等，最終達(dá)到防喘振的目的。
某石化公司煉油廠2003年新建的焦化裝置為沈氣壓縮機(jī)廠提供的離心式壓縮機(jī)，為克服上述壓縮機(jī)控制中存在的問(wèn)題，我們選用了HONEYWELL的FCS緊急停車系統(tǒng)，比選用其它廠家的產(chǎn)品有較高的性能價(jià)格比，同時(shí)通過(guò)采用FCZCS控制系統(tǒng)達(dá)到了防喘振控制的目的，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)機(jī)組的特性，量身定做控制方案，以達(dá)到最佳的控制效果。現(xiàn)將工作中的FCZCS防喘振控制系統(tǒng)的特點(diǎn)說(shuō)明如下：
FCZCS控制系統(tǒng)，由于采用了先進(jìn)的控制算法，它補(bǔ)償了分子量的變化、溫度的變化而造成的喘振點(diǎn)移動(dòng)量，使得當(dāng)喘振點(diǎn)往右移時(shí)，能夠及時(shí)打開防喘振閥，避免了喘振；而當(dāng)喘振點(diǎn)往左移時(shí)，控制線相應(yīng)往左移，避免了回流（實(shí)際使安全區(qū)域增大）降低了能耗。
FCZCS控制系統(tǒng)，由于采用了多段折線函數(shù)做為喘振控制線，使喘振控制線幾乎與喘振線平行，這樣，最大限度的擴(kuò)展了鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)的安全運(yùn)行區(qū)域，減少了過(guò)去采用單參數(shù)控制僅是一條直線而造成的不必要的回流，從而節(jié)約了能源。
FCZCS控制系統(tǒng)，由于考慮了各控制回路之間的干擾，采用了解藕技術(shù)，使喘振控制的精度更高，從而使鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)能安全地在接近喘振極限的操作點(diǎn)運(yùn)行，大大地拓寬了風(fēng)機(jī)的安全區(qū)域，使風(fēng)機(jī)的回流量減至最少，大大地減少了能耗。
FCZCS控制系統(tǒng)具備傳統(tǒng)的回路控制器及可編程邏輯控制器（PLC）的性能，它的主要優(yōu)點(diǎn)是：
1邏輯運(yùn)算功能
每一臺(tái)壓縮機(jī)的防喘振控制方案都是按照相應(yīng)壓縮機(jī)的具體性能曲線訂制出來(lái)的。涉及到的輸入?yún)?shù)有：入口壓力、出口壓力、入口流量、出口流量、入口溫度、出口溫度等等。涉及到的輸出參數(shù)有：閥位開度、電磁閥、限位行程開關(guān)、趨近報(bào)警、逆轉(zhuǎn)停機(jī)等。
2 溫度補(bǔ)償功能
壓縮機(jī)的特性曲線會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而發(fā)生改變，溫度的變化對(duì)壓縮機(jī)的控制會(huì)造成不良的影響，F(xiàn)CZCS控制系統(tǒng)具有溫度補(bǔ)償功能，它可以根據(jù)溫度的變化自動(dòng)偏移防喘振曲線（Anti-SurgeLine），以適應(yīng)機(jī)組的特性，在夏季時(shí)，防喘振曲線向右移，冬季時(shí)向左移。
3 快開慢關(guān)功能
任何一臺(tái)機(jī)組在發(fā)生喘振時(shí)，都希望喘振控制系統(tǒng)能快速響應(yīng)，快速打開防喘振閥門，以防止危險(xiǎn)發(fā)生；但在關(guān)閉閥門的過(guò)程中，也希望能慢慢的關(guān)閉，以防止發(fā)生喘振震蕩，F(xiàn)CZCS控制系統(tǒng)便具有這種快開慢關(guān)的功能，在接到喘振信號(hào)后，它能夠快速、及時(shí)的打開防喘振閥門，在關(guān)閉閥門時(shí)，控制信號(hào)也將以指數(shù)函數(shù)慢慢關(guān)閉閥門。
4手動(dòng)、自動(dòng)、手自動(dòng)功能
FCZCS控制系統(tǒng)與其它控制器一樣具有手動(dòng)與自動(dòng)切換功能。但在手動(dòng)方式下，操作員難免會(huì)發(fā)生誤操作，F(xiàn)CZCS控制系統(tǒng)特有的手自動(dòng)功能便能克服這一缺點(diǎn)，它可以自動(dòng)檢測(cè)操作員送來(lái)的信號(hào)，若信號(hào)錯(cuò)誤，它便不接受而仍設(shè)為默認(rèn)值，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。
5防止積分飽和功能
在關(guān)閉防喘振閥門的過(guò)程中，閥門開度的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值之間總存在著差值，因此在PID調(diào)節(jié)過(guò)程中，會(huì)對(duì)其不斷的進(jìn)行積分運(yùn)算，發(fā)生積分飽和現(xiàn)象，這會(huì)影響再次打開閥門的速度。FCZCS控制系統(tǒng)的防止積分飽和功能正是為解決這一問(wèn)題而產(chǎn)生的，它設(shè)定了積分值的上下限，使積分值不能越過(guò)該上下限，保證了防喘振閥門的靈敏度。
6在喘振控制線附近進(jìn)行閉環(huán)控制
FCZCS控制系統(tǒng)在軟件中建立了防喘振控制線（ANTI-SURGE LINE），它在喘振線（SURGE –LINE）的右側(cè)，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在防喘振控制線（ASL）右側(cè)時(shí)，F(xiàn)CZCS控制系統(tǒng)的輸出為20MA，防喘振閥完全關(guān)閉；當(dāng)壓縮機(jī)操作點(diǎn)即將到達(dá)喘振控制線（ASL）時(shí)，防喘振算法設(shè)計(jì)為打開防喘振閥，當(dāng)操作點(diǎn)（OPERATION-POINT）緩慢移動(dòng)時(shí)，防喘振將以PID回路控制防喘振閥，使OP保持在控制點(diǎn)處。
7用喘振控制快開線進(jìn)行開路控制
FCZCS控制系統(tǒng)，在軟件中建立了喘振控制快開線（ASQL）。它在喘振控制線（ASL）的左側(cè)，在喘振線的右側(cè)，這對(duì)于較大的擾動(dòng)是有效的，如果防喘振控制無(wú)法將OP保持在控制點(diǎn)處，OP仍向左移動(dòng)，一旦OP到達(dá)快開線（ASQL），防喘振控制將由控制器輸出一階越信號(hào)，將防喘振閥門開至預(yù)定開度，如果OP停止移動(dòng)，控制器信號(hào)將以指數(shù)函數(shù)慢慢增大（慢慢關(guān)閉閥門），直到進(jìn)入PID控制。
8對(duì)快速擾動(dòng)進(jìn)行超前控制
如果OP快速移動(dòng)，而回流響應(yīng)相對(duì)較慢，該控制器采用微分控制測(cè)出OP的快速移動(dòng)，通過(guò)計(jì)算，判定OP能否越過(guò)喘振控制點(diǎn)，如果移動(dòng)速度很快，OP有可能越過(guò)喘振控制點(diǎn)，則在OP到達(dá)ASL之前，向防喘振閥給出命令，提前將防喘振閥打開，至于在哪一點(diǎn)給出命令，決定于OP移動(dòng)的速率和防喘振閥的響應(yīng)時(shí)間。
9最低負(fù)荷啟車和停車的功能
最低負(fù)荷是指當(dāng)入口導(dǎo)葉開度最小，防喘振閥門全開時(shí)，即壓縮機(jī)不帶任何負(fù)荷，此時(shí)啟動(dòng)機(jī)組具有安全節(jié)能的作用。當(dāng)壓縮機(jī)需要停機(jī)時(shí)，將防喘振閥門打開直至為零，將入口導(dǎo)葉逐漸關(guān)閉直至全關(guān)，此時(shí)壓縮機(jī)所帶的負(fù)荷最小，停止壓縮機(jī)的運(yùn)行同樣具有安全節(jié)能的作用。
10 死區(qū)帶來(lái)的穩(wěn)定性
死區(qū)是可以設(shè)定的，如果PV-SV在設(shè)定的范圍內(nèi)，則FCZCS控制系統(tǒng)的輸出不變化，這樣可以避免小的波動(dòng)造成不斷的調(diào)整保證了控制的穩(wěn)定。
11 動(dòng)超弛功能
當(dāng)PV-SV超過(guò)一定的限制，手動(dòng)操作將被旁路，這有效的防止了人工誤操作，從而使系統(tǒng)變得更加理性。
12 喘振檢測(cè)
FCZCS控制系統(tǒng)，除了設(shè)有喘振線，防喘振控制線，防喘振控制快開線外，還設(shè)有喘振檢測(cè)線，它位于喘振線的左邊，如果由于變送器信號(hào)的漂移、閥門的卡澀或其它原因未能防住喘振，那么控制器將檢測(cè)到喘振的信號(hào)：流量的迅速下降、壓力的迅速下降或二者同時(shí)下降。
13 自學(xué)習(xí)喘振控制
FCZCS控制系統(tǒng)，如果檢測(cè)到喘振信號(hào)，則將啟動(dòng)自學(xué)習(xí)系統(tǒng)，記錄喘振次數(shù)，同時(shí)自動(dòng)將喘振控制線、喘振快開線向右移動(dòng)，喘振一次向右移動(dòng)3%--5%。
14 輸入變量的上下限報(bào)警
FCZCS控制系統(tǒng)，可以設(shè)定輸入流量、壓力等的報(bào)警值，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，該控制系統(tǒng)可以輸出接點(diǎn)信號(hào)到閃光報(bào)警器，以提醒操作者注意。
15 偏差報(bào)警
FCZCS控制系統(tǒng)，可以設(shè)定PV-SV偏差值報(bào)警信號(hào)，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，該控制系統(tǒng)可以輸出接點(diǎn)信號(hào)到閃光報(bào)警器，以提醒操作者注意。
16 解耦
當(dāng)壓縮機(jī)的控制不僅有一個(gè)防喘振控制，而且有性能控制或者有兩個(gè)或兩個(gè)以上的防喘振控制時(shí)，這些控制回路的變量變化是互相影響的，這種影響有時(shí)會(huì)妨礙喘振的控制，為此FCZCS控制系統(tǒng)具有控制回路間干擾的解耦算法，以消除回路間的干擾。
17 通訊
標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS通訊使該控制系統(tǒng)能容易地與其它系統(tǒng)通訊。FCZCS控制系統(tǒng)，具有上位機(jī)組態(tài)方式，運(yùn)用PC機(jī)和圖形組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，結(jié)果可以通過(guò)RS-232接口實(shí)現(xiàn)下載，可提供無(wú)擾下載。
18 可擴(kuò)展
FCZCS控制系統(tǒng)，由于可設(shè)計(jì)成能利用高速形成的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，所以它不僅可以用做防喘振，它提供內(nèi)裝及遠(yuǎn)程I/O兩者的性能，這使它能用于點(diǎn)數(shù)非常多的應(yīng)用項(xiàng)目。
目前，該套系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中，運(yùn)行狀況良好，能夠真正地根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行
及時(shí)的控制和調(diào)節(jié)，真正地發(fā)揮著低成本、高實(shí)效的經(jīng)濟(jì)作用。
作者：楊寶星
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