CN202165326U - 一种工业离心压缩机防喘振控制装置 - Google Patents

Abstract

一种工业离心压缩机防喘振控制装置，包括防喘振控制器、控制对象单元和上位机监控单元，所述防喘振控制器包括电源模块、PLC控制单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述电源模块连接所述PLC控制单元、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和模拟量输出模块分别连接在所述PLC控制单元上；所述模拟量输入模块用于接收控制对象单元中检测单元发送的模拟量压力和流量信号并将采集到的信号发送给PLC控制单元；所述PLC控制单元用于将接收到的信号进行模糊控制算法处理并输出解模糊化后的精确控制信号给模拟量输出模块；所述模拟量输出模块用于将解模糊化后的精确控制信号输出给控制对象单元中防喘振控制阀。

Description

一种工业离心压缩机防喘振控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种工业离心压缩机防喘振控制装置，属于自动化控制领域，具体地说涉及一种模糊自适应PID控制的离心压缩机防喘振控制装置。

背景技术

随着化工生产的发展，广泛应用于工业生产的离心式压缩机日益大型化和高自动化。当前，我国离心式压缩机在控制和监测***的配置上仍然比较落后，自动化程度较低；与此相比，欧美国家已经达到了较高的水平。

喘振对离心式压缩机的危害非常大。当离心式压缩机发生喘振时，***不能正常工作，出口压力减小，当出口压力低于出口管道***压力时，气体将从管道***向离心式压缩机内部倒流，直到管道***中压力低于压缩机出口压力时，倒流停止。离心式压缩机恢复工作，但是当出口管道***的压力恢复到原值时，通过压缩机的气体流量再一次减小，如此反复，整个***呈周期性振荡，对离心式压缩机内的密封、轴承和叶轮等附属设施造成极大损伤，严重时离心式压缩机会受到损坏，这对驱动***都是非常不利的，甚至使整个生产***瘫痪。

传统防喘振控制采用固定极限方案，即决定了它只是为防喘振为目的，而不是根据工艺状况调整负荷的大小，一般适用于定转速或转速变化范围较小的机组。如果在机组转速较低的范围运行，会造成流量裕度过大，能量浪费严重，不利于节能。传统的离心式压缩机采用PID控制算法，由于***很难在任何工况下都达到稳定，气体压力的调节有较大的时变性、大滞后、非线性、强耦合等特点，难以建立一个精确的数学模型。参数整定不能达到动态自适应，难以得到满意的动态响应特性。具有一定的局限性，其性能取决于参数的整定情况，且快速性和超调量之间存在矛盾。对于这类复杂的控制对象，采用常规的PID控制，参数整定不能达到动态自适应，难以得到满意的动态响应特性。常规的PID算法缺乏先进的压力控制***装置与之相配套，难以完成良好的工业离心压缩机防防喘任务，其后果是设备效率低，加大了能耗，直接影响了工业生产。

发明内容

本实用新型要解决传统离心压缩机装置传统PID防喘振控制存在效率低、能耗大的问题，提供了一种效率高、能耗小的模糊自适应PID控制的工业离心压缩机防喘振控制装置。

本实用新型的技术方案是：

一种工业离心压缩机防喘振控制装置，包括防喘振控制器、控制对象单元和上位机监控单元，所述防喘振控制器与上位机监控单元连接，其特征在于：所述防喘振控制器包括电源模块、PLC控制单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述电源模块连接所述PLC控制单元、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和模拟量输出模块分别连接在所述PLC控制单元上；

所述控制对象单元包括汽轮机上的离心压缩机、检测单元和执行单元，所述检测单元包括设置在离心压缩机管网内的进口压力传感器、入口流量压差传感器和排气压力传感器，所述进口压力传感器、入口流量压差传感器和排气压力传感器均与模拟量输入模块连接；所述执行单元包括平衡离心压缩机的进气单元流量和出气单元流量的防喘振控制阀，所述防喘振控制阀与模拟量输出模块连接；

所述模拟量输入模块用于接收检测单元发送的模拟量压力和流量信号并将采集到的信号发送给PLC控制单元；

所述PLC控制单元用于将接收到的信号进行模糊控制算法处理并输出解模糊化后的精确控制信号给模拟量输出模块；

所述模拟量输出模块用于将解模糊化后的精确控制信号输出给防喘振控制阀。

进一步，所述上位机监控单元为计算机，所述的计算机通过以太网与所述PLC控制单元连接。

离心压缩机管网中的进口压力传感器、入口流量压差传感器和排气压力传感器将实时检测到的压力信号转换为4~20mA的电流信号，传送到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将采集到的信号送入PLC控制单元，PLC控制单元利用模糊控制算法和模糊控制规则对信息进行处理，经模糊推理决策控制量，进行模糊自适应PID算法控制，模糊控制量经过解模糊化转换为精确控制量，通过模拟量输出模块，将解模糊后的精确控制信号输出到变频器的频率给定接口，精确控制防喘振控制阀的开度，自动改变和调节进口管网压力，控制离心压缩机的进气单元流量和出气单元流量的平衡，完成管网压力智能化平衡控制过程。依此循环进行，保证了管网压力的可控性、准确性和及时有效性。

本实用新型可通过上述各单元共同完成现场参数设置、运行方式设立、各种参数显示、运行状态、报警记录、数据统计等功能。

正常运行时，当防喘振控制***没有工作时，也就是旁通阀关闭，这时的流量与原有的入口流量基本相同。随着用进口出口压力流量的变化，防喘振控制器通过整个防喘振***的软件内部算法，通过流量计量孔前后的压差来计算流通压缩机的流量变化率，并将此值与理想值比较。PLC控制单元自动完成PID模糊控制参数寻优工作，提供最佳的PID控制参数调整该防喘振控制阀的开度，运行点将位于喘振控制图理想范围，抑制喘振现象的发生。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型所述的模糊自适应PID控制的离心压缩机防喘振控制智能装置，改变传统的离心压缩机PID控制方式，将模糊自适应PID控制技术与先进的计算机软、硬件技术完美结合起来，依据PLC控制单元实现PID参数的自动寻优工作，相比传统的离心压缩机装置，对相关防喘振参数具有超调量小，调整时间短，响应快，过渡过程平稳、运行稳定、输出控制精度高等优点。

（2）本实用新型所述的模糊自适应PID控制的离心压缩机防喘振控制智能装置，模糊控制与PLC相结合，既显示了PLC的可靠、灵活、适应性强的特点也大大提高了控制***的智能化的程度，具有编程方式灵活，限制条件少，模糊变量和模糊控制规则不受***硬件限制等特点，降低了***的开发成本，扩大了应用范围。

（3）防喘振模糊自适应PID控制可以达到与实际控制要求相一致的效果，根据流量的大小可以有效的调节防喘振控制阀（回流调节旁通阀）的开度，避免了一次性打开浪费能量。所以该技术大量使用，其经济效益是非常可观的。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种工业离心压缩机防喘振控制装置，包括防喘振控制器7、控制对象单元10和上位机监控单元1，所述防喘振控制器7与上位机监控单元1连接，所述防喘振控制器1包括电源模块3、PLC控制单元4、模拟量输入模块5、模拟量输出模块6，所述电源模块3连接所述PLC控制单元4、模拟量输入模块5和模拟量输出模块6，所述模拟量输入模块5和模拟量输出模块6分别连接在所述PLC控制单元4上；

所述控制对象单元10包括汽轮机8上的离心压缩机9、检测单元和执行单元，所述检测单元包括设置在离心压缩机9管网内的进口压力传感器12、入口流量压差传感器11和排气压力传感器13，所述进口压力传感器12、入口流量压差传感器11和排气压力传感器13均与模拟量输入模块5连接；所述执行单元包括平衡离心压缩机9的进气单元14流量和出气单元15流量的防喘振控制阀16，所述防喘振控制阀16与模拟量输出模块6连接；

所述模拟量输入模块5用于接收检测单元发送的模拟量压力和流量信号并将采集到的信号发送给PLC控制单元4；

所述PLC控制单元4用于将接收到的信号进行模糊控制算法处理并输出解模糊化后的精确控制信号给模拟量输出模块6；

所述模拟量输出模块6用于将解模糊化后的精确控制信号输出给防喘振控制阀16。

所述上位机监控单元1为计算机，所述的计算机通过以太网2与所述PLC控制单元4连接。

离心压缩机9管网中的进口压力传感器12、入口流量压差传感器11和排气压力传感器13将实时检测到的压力信号转换为4~20mA的电流信号，传送到模拟量输入模块5中，模拟量输入模块5将采集到的信号送入PLC控制单元4，PLC控制单元4利用模糊控制算法和模糊控制规则对信息进行处理，经模糊推理决策控制量，进行模糊自适应PID算法控制，模糊控制量经过解模糊化转换为精确控制量，通过模拟量输出模块6，将解模糊后的精确控制信号输出到变频器的频率给定接口，精确控制防喘振控制阀16的开度，自动改变和调节进口管网压力，控制离心压缩机9的进气单元14流量和出气单元15流量的平衡，完成管网压力智能化平衡控制过程。依此循环进行，保证了管网压力的可控性、准确性和及时有效性。

本实用新型的防喘振控制器7的控制，需要控制离心压缩机9的入口流量，使其不低于防喘设定值。通过改变防喘振控制阀16的开度，改变回流量，从而增大离心压缩机9入口流量，防止离心压缩机9喘振。采用二维模糊控制器来完成控制。通过安装在离心压缩机9入口的流量计来对入口流量进行检测，每间隔一定时间对流量进行采样，从而得到e和ec, 其中e为测量值与设定值之差，ec为e的采样变化率，通过一定模糊自适应规则，取防喘振控制阀16的开度作为模糊控制器的控制量U。自适应模糊PID控制器以压缩机的流量误差e和误差变化ec作为输入，先找出PID控制器3个参数与e和ec的模糊关系，***不断检测e和ec，根据相关模糊原理得到三个PID修正参数△Kp、△Ki、△Kd，不断对PID 3个参数进行在线修改，这样来满足不同时刻的e和ec对PID参数自整定的要求，控制目标可以获得良好的动态和静态性能。Kp、Ki、Kd为整定后的比例、积分、微分系数。输出μ（k）乘以相应的比例因子Ku就可得出精确的输出量U。将控制量输出U送入模拟量输出模块6，控制防喘振控制阀16的输出，从而控制防喘振控制阀16的开度。

监控***由上位机监控***1和工业以太网通讯网络2通过上述各单元共同完成现场参数设置、运行方式设立、各种参数显示、运行状态、报警记录、数据统计等功能。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.一种工业离心压缩机防喘振控制装置，包括防喘振控制器、控制对象单元和上位机监控单元，所述防喘振控制器与上位机监控单元连接，其特征在于：所述防喘振控制器包括电源模块、PLC控制单元、模拟量输入模块、模拟量输出模块，所述电源模块连接所述PLC控制单元、模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述模拟量输入模块和模拟量输出模块分别连接在所述PLC控制单元上；

所述控制对象单元包括汽轮机上的离心压缩机、检测单元和执行单元，所述检测单元包括设置在离心压缩机管网内的进口压力传感器、入口流量压差传感器和排气压力传感器，所述进口压力传感器、入口流量压差传感器和排气压力传感器均与模拟量输入模块连接；所述执行单元包括平衡离心压缩机的进气单元流量和出气单元流量的防喘振控制阀，所述防喘振控制阀与模拟量输出模块连接；

所述模拟量输入模块用于接收检测单元发送的模拟量压力和流量信号并将采集到的信号发送给PLC控制单元；

所述PLC控制单元用于将接收到的信号进行模糊控制算法处理并输出解模糊化后的精确控制信号给模拟量输出模块；

所述模拟量输出模块用于将解模糊化后的精确控制信号输出给防喘振控制阀。

2.根据权利要求1所述的一种工业离心压缩机防喘振控制装置，其特征在于：所述上位机监控单元为计算机，所述的计算机通过以太网与所述PLC控制单元连接。

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