太原钢铁集团有限公司自动化公司
太钢49000m3空压机自动控制系统
作者:台 毅 民 发布时间:2006/7/19 13:45:00





离心式机械的流量只可以在一个固定的范围内调整,通常通过调整进口导流叶片(IGVs)来实现,打开IGVs将允许流体通过压缩机。
空压机流量是通过放散阀和进口导叶控制的。当通过压缩机的空气达到最小流量时,压缩机叶轮中的主要气体流体将失速(也称为“喘振”)。喘振将给压缩机的机械部件形成相当大的重压,因此,压缩机必须被保护不受喘振的损害并且不允许在喘振状况下运行。要使压缩机持续运行在稳定的允许范围内,必须在气体达到最小流量之前打开放散阀。同时,保持一个相对于喘振极限值安全的裕量,以确保压缩机不进入不稳定的运行区,这个安全线即为“放空线”。它与喘振极限值相平行且有与设计值相差5%~8%的安全裕量。
2 控制系统组成
空压机自动控制系统由本体控制PLC、喘振控制PLC和一套控制站组成。控制站采用Windows2000操作系统和西门子WinCC6.0组态软件。本体控制PLC采用西门子S7-400,通过Profibus-DP带有两个ET200远程站。喘振控制PLC采用西门子S7-300。本体控制PLC与喘振控制PLC之间通过硬接线进行信号交换。本体控制PLC和控制站之间通过MPI网相连。系统组成如图2所示。


3 放散阀控制
放散阀的控制流程见图3。


当压缩机启动到最大速度(时间检测,大约30s,且电流回到额定值以下)时,从控制站上发出加载指令,1级导叶移动到“最小运行位置”后,程序以每秒1%的速率关放散阀,同时放散阀的压力控制器、CRT手动控制器和流量控制器投入使用。
放散阀压力控制器、CRT手动控制器和流量控制器的输出经高选择器1选择出最大信号,取反作用后,对放散阀进行作用。
放散阀压力控制器的运行方式:1级导叶移动到“最小运行位置”后,SP(调节器给定)=设定压力,以使放散阀平稳关闭;放散阀阀位小于2%后,SP=设定压力+偏移量,此时的压力调节由进口导叶控制;放散阀阀位大于5%后,SP=设定压力,此时的压力调节由放散阀控制。当压力控制器起作用时,其作用从当前实际阀位开始。
放散阀CRT手动控制器的运行方式:开关阀时以高选择器1的输出信号为准。
放散阀流量控制器的运行方式:若流量大于设定值,输出为0%;若流量小于设定值,在高选择器2输出信号减5%的基础上进行调节。
控制站发出卸载指令,一级导叶关到最小运行位置时,放散阀以每秒5%的速度从当前位置自动开阀。
压缩机启车时,立即使放散阀的电磁阀得电;压缩机停车时,立即使电磁阀失电,以使气动放散阀处于打开状态。
4 进口导叶(IGVs)控制
进口导叶的控制流程见图4。当压缩机达到最大速度(大约30s,且电流回到额定值以下),控制站发出加载指令后,以每秒1%的速率自动开1级导叶(IGV1),使IGV1从“启动位置”(-70°)移动到“最小运行位置”(-65°),在放散阀关到1%以下后,IGVs的压力控制器和电流控制器投用。




IGVs压力控制器的运行方式:等放散阀阀位小于2%后,进入自动控制,SP(调节器给定)=设定压力;当放散阀阀位大于5%时,其控制失效。当IGVs的控制由其电流控制器转回(电机电流小于额定值)时,其控制输出从低选择器2的输出位置开始。
IGVs电流控制器的运行方式:若实际电流没有超过设定值,输出为100%;若超过设定值,其输出在低选择器3的输出信号加5%的基础上进行调节。
IGVs压力控制器的控制方式为手动时,其输出直接作用IGVs。
控制站发出卸载指令,IGVs以每秒1%的速率从当前位置自动关阀。
当压缩机停车时,IGV1和IGV2自动回到“启动位置”(-70°)。
5 辅助设备控制
该空压机的受控设备还包括辅助油泵、油加热器、油去雾风扇、防电机冷凝加热器、水泵及冲洗回水阀等,这些设备的控制都属于常规控制,本文不再赘述。
6 结束语
空压机控制系统的复杂之处主要在于对放散阀和进口导叶的控制,难点在于对同一个阀的多重控制,对多重控制的作用时限及互相之间的切换有很高的要求。
该空压机自2005年5月投用后,控制系统运行稳定,控制效果良好,完全满足工艺要求,出口压力的控制精度始终稳定在0.01MPa之内,完全达到了设计指标。