先控理念在TPS系统.doc

先控理念在TPS系统和TMR三重化冗余TRICON紧急停车系统中实现应用程序转化和移植问题的探讨刘建宇 大庆炼化公司机电仪厂要：大庆炼化公司180万吨年ARGG装置备用风机的防喘振控制采用美国TRICONEX公司的TS3000系统。本文重点分析用先控理念将轴流风机的防喘振控制的程序，即三重化TRICON系统中用LAD梯形逻辑语言编写的源程序移到HONEYWELL公司TPS系统中，用TPS系统中的RV、RC、Logic及CL程序等完整的建立一套防喘振控制方案，并用Display Builder实现防喘振曲线图。并通过一个简单的批量进料过程的优化控制的模拟，介绍Honeywell公司的TPS集散控制系统的逻辑控制功能及其它模块的功能，旨在于开发DCS的先进控制功能。同时将应用程序转化到富士智能调节器PNA3-211和SIEMENS的S7-200系列PLC中，完整地建立一套新的应急控制系统，实现备机的防喘振控制和逻辑联锁控制。来阐述化工自动化专业技术中应用程序的转化和移植的思路及具体实施方案，探讨先控技术和优化技术在实际应用中的现实意义。关键词：轴流式压缩机、防喘振控制、程序移植、防喘振曲线图、先控技术、复杂控制、批量进料、离线仿真。防喘振控制方案研究一、程序移植的历史背景及现实意义大庆炼化公司180万吨年ARGG装置三机组（轴流风机、烟机、主电机）控制系统是TRICONEX公司的TS3000控制系统，如图1，自1998年投运以来运行平稳，但自2002年控制系统频繁出现烧卡的现象（参见附表），已更换各类卡件18块，严重地威胁装置的安全生产。对此，炼化公司领导非常重视，曾多次组织召开专业技术分析会，组织仪表及电气等技术人员对整个系统详细检查，同时联系了北京设计院 、陕鼓、美国TRICONEX公司、ELLIOTT公司，及施工单位中油一公司，于2000年6月召开三天专业分析会，分析故障原因。各单位一致认为对接地系统及电源系统要进行检查、测试和整改。并于2002年装置停工检修期间进行了彻底整改，耗资约30余万元。例如：2003年4月2日ARGG装置主风机TRICON控制系统的MP-A及一块DI和DO卡件出现故障，经过处理，DI卡的故障清除，MP-A和DO卡被更换。与此同时，仪表专业迅速和北京TRICONEX公司取得联系，并将故障诊断信息传真给该公司总部，共同进行详细的分析。对此，厂家也很头疼，毕竟这种故障现象在该公司21年发展史上是第一次遇见。 2003年4月16日上午8：30分发现MP-A的PASS灯灭，FAULT及MAIT灯亮，所有I/O卡的PASS灯灭、FAULT灯亮。但诊断显示所有I/O正常。重新插拔MP-A后，所有卡件恢复正常。上午10：55分，再次出现相同故障。重新插拔MP-A后，MP-A能恢复但I/O卡件时好时坏，并有故障信息显示。2003年4月17日和18日北京TRICONEX公司派工程师到现场协助检查，认为I/O卡件是好的，故障显示问题出在MP-A与I/O卡件的通讯上。用备件逐一激活I/O卡件，使所有I/O卡件PASS灯亮。但导致出现问题的原因尚未查请。存在问题扩大化以致系统瘫痪不能运行的可能。由于ARGG装置在炼化企业中的特殊作用，一旦ARGG三机组停运，将使反应器中催化剂不能流动，使反应/再生系统催化剂闷床，如果不能在短期内启动备用风机，随着反应系统温度的下降，将使催化剂闷死在反应系统，造成重大经济损失，从而给后序装置产生重大影响。为保证生产，公司成立技术攻关组，利用富士智能调节器及西门子S7200PLC创建一套应急系统，保证在彻底整改前事故情况下紧急启动备机系统。图1 主风机TRICON系统配置示意图借此机会，仪表专业对防喘振的源程序进行了认真的解读，发现在TPS系统中完全可以实现该功能，与源程序相比，技术上更可靠，功能上更丰富，控制精度更高。在此，笔者对自动化专业应用程序的转化和移植的思路及方案做以详尽的阐述，旨在促进专业技术的交流与应用。1、防喘振控制方案分析就目前国内外炼化企业来看，防喘振控制通常用两种方法：一是早期专用的防喘振控制器，如WORDWARD公司的505C控制器、ELLIOT公司的ASCC控制器等；二是目前常用的PLC专用软件包。如GE公司的9070系列PLC（用LogicMaster或Field Control编的软件包）、TRICONEX公司的TS3000（用MSW311或TS1131软件包）等。但每个厂家出于对知识产权的保护，均不会公开其防喘振控制的算法。专用的控制器只给用户提供接口参数，专用的软件包是用高级语言编写的软件包（如语言）。用户无法打开，只能在程序中调用。这些技术封索直接影响用户对防喘振控制方案的深入理解，给程序的移植带来了相当大的难度。笔者通过对多套机组喘振方案的研究，发现只有TS3000系统中的源程序对用户是相对开放的，于是对其进行了反复实验，最终弄清了其算法。这种算法仅仅是不同厂家、不同设备中众多算法中常用的，也是相对减化的算法。、防喘振控制的主要功能 喉部差压低选、出口压力高选 喉部差压温度补偿算法 喉部差压和比例增益参数的折线运算 防喘振线下移功能 可远程给定的PID运算 实现放空阀的快开慢关功能 实现两个放空阀的分程控制 实现联锁停机放空阀自动打开控制 实现防喘振曲线图、防喘振控制技术方案 根据测量压缩机的喉部差压、出口压力、入口温度这三量，TRICONEX有一套完整的喘振技术，该算法中气体分子量变化不会影响机组的防喘振控制。当风机正常运行时，它的工作点应该在图2防喘振线的下方，此时偏差ePVSP0，调节器的作用方式为反作用。当工作点越过防喘振线喉部差压P出口压力P喘振线防喘振线工作点0%100%100% 图2 防喘振性能曲线图喘振线cbxad并在其上方时，即偏差e0时，则要求防喘振阀快速打开。由于防喘振阀的打开，使工作点开始回到防喘振线以下时，阀的动作又应减慢，即要求防喘振阀在开关时，是以变速动作的。在偏差e0时,放空阀打开的快速取决于PID参数比例增益K的自适应能力（自动增大或减小），如果K值不变，放空阀则以正常的速度打开（一般要求在3秒钟之内）；而当喘振发生的趋势得以控制时，即偏差e0时，放空阀则以0.1%渐进式缓慢关闭。 防喘振控制算法，是通过温度补偿后的喉部差压值（防喘振曲线的横坐标X轴）经过折线运算得出的出口压力作为PID控制的设定值SP（防喘振曲线的纵坐标Y轴），来控制测量值出口压力PV。防喘振控制的偏差ePVSP即为出口压力的控制偏差。防喘振PID作用为反作用，正常状况下偏差e0，当e0时发生喘振。防喘振控制框图如图3所示。注：积分系数保持不变为4（气关阀）ASV1841ASV1840PV值SP值比例增益K值喉部差压PDT1840A/B低选高选出口压力PT1841A/B分程控制输出置0%快开慢关PID运算防喘振线移动喘振检测折线运算温度补偿比例K折线运算入口温度TE1840 图3 防喘振控制框图联锁停机信号 当偏差e大于2%时系统发出喘振报警，当偏差e大于7%并且逆流报警存在，则防喘振线下移1%。为了保证风机的功效，最多下移5次，还设置了手动复位功能。当防喘振线下移时，此时的设定值SP为折线算出的SP减去移动次数N乘以下移量1%。即：SP SPN1%。PID参数比例增益K自整定功能是通过折线运算实现的，共11点坐标形成3段斜坡折线得出K。在没有发生喘振情况下，当偏差e大于0.1%时（即喘振条件具备）发生喘振，K值自动置为初始值90，然后K通过和折线运算后的K计算逐渐减小。计算公式： K（9025.0）（K25.0）当偏差e 小于0.1%时，K值值保持不变。在比例增益K值自动变化过程，积分T1值始终为4，微分T2值始终为0。如图4所示。3048.848.610800比例P100100偏差e图4 比例增益P的折线运算49.82、原TMR三重化冗余TRICON系统的配置ARGG装置配置了烟机、主风机、备用主风机各一台，增压机两台。根据风量主风机和备用主风机选用轴流压缩机，驱动机选用烟机和电机，注意：备用主风机组无烟机。该大型机组的防喘振控制、静叶控制、轴系监控、启停机顺序控制、联锁逻辑控制（ESD）等均由TRICON系统的TS3000硬件来实现。系统配制简图如图5所示。TS3000系统3500系统1#操作站2/3#操作站工程师站SOE站TPS系统GUS站烟机风机电机现场I/O系统图5 TRICON系统配置图1#增压机油系统2#增压机防喘振程序的转化和移植 这里主要讨论二个主要的技术问题：一是在富士智能调节器PNA3-211实现备机的防喘振控制和防逆流控制；二是在TPS系统中利用先控理念实现压缩机的防喘振控制。程序移植方案一：建立备机应急控制系统确定方案的最终日期为2003年4月20日，截至28日止所有的硬件设备就绪，仪表专业仅用3天时间就完成了系统的组态和机柜内的接线工作。后用3天时间进行调试，到5月3日为止全部完毕，具备了应急使用的要求。在方案具体实施过程中，我们得到了各级领导的热心关注和大力支持，同时也感觉责任和压力是非常重大的。责任之重大，关系到我公司重中之重之装置ARGG的安全生产，进而是显著的经济效益和良好的社会效益的影响。压力之重大，在于方案在实施过程中的技术难度之大、时间之紧迫、准确性之精高，是对我们全新的考验。鉴于此，我们临时成立了攻关小组，并成立了组织机构，明确了每个人的分工和责任。分工明确方能各负其责。在方案具体实施过程中，我们兵分二路：一组负责PLC组态和编程；一组负责以防喘振控制为重点的复杂控制和静叶控制、防逆流保护等常规控制及监视功能的组态和编程。一、防喘振控制功能的具体实施方案ARGG备用主风机组共有仪表回路117个，由于受现有控制系统点数的限制和系统应急特殊性的要求，经攻关组开会研究决定对防喘振控制等复杂控制进行必要的和适当的简化，同时删去不重要的仪表回路，最终审定关键回路为62个。我们结合目前公司旧设备的实际情况，防喘振控制、静叶控制、防逆流保护等我们选定用富士智能调节器实现。大量的模拟量显示回路用多点无纸记录仪监视，数字量报警用多点闪光报警指示仪实现。机柜用的是废弃的旧机柜，我们经过改造和刷漆，作为工艺的操作盘。新制作一个控制盘，架装SIEMENS的S7-200系列PLC作为ESD，用于备机的联锁及油泵的自启动控制。系统配制简图如图5所示。1、用西门子的S7-200系列PLC及继电器等实现备机及增压机的联锁控制2、用富士智能调节器PNA3-211实现备机的防喘振控制、防逆流控制3、用富士单回路调节器PNA1-011与原有伺服控制器连接，实现静叶调节，以及常规控制4、用富士调节器PNJ3-000实现备机的逆流报警检测用5、多通道无纸记录仪、多通道闪光报警指示仪、继电器、按钮、开关等，对必要的工艺参数进行监控。喘振对轴流式压缩机的影响非常厉害，由于机组自身特性和管网的喉部差压低等条件均会使得喘振产生的非常快，因此必须应用专门的控制技术来及时打开放空阀，防止喘振发生。就目前国内外炼化企业来看，防喘振控制的实现不外乎两种方法：一是早期用专用的ASCC防喘振控制器实现，如WORDWARD公司的505C控制器；二是目前常用的PLC专用软件包来实现，如TRICON系统。我们创建的备机应急系统中，就是将TRICON系统中用MSW311软件用LAD编写的防喘振源程序，移植到富士智能调节器PNA3-211中来实现防喘振控制。富士智能调节器闪光报警仪Panel控制盘3500系统S7-200PLCGUS站TPS系统电机1#增压机油系统风机无纸记录仪现场I/O系统图5 新建应急系统配置图二、确立新控制方案的模型 经过攻关组解读原控制方案，确定新的方案如下：1、总体思路l 启机条件取消，当启机条件具备时，有一个硬开关确认。l 安全运行取消，直接联锁停机。l 只用1#增压机。l 联锁停机报警只有一个总报警显示。l 静叶调节完全手动控制。l 仪表回路尽量减少，只保留关键工艺参数。2、防喘振控制主要功能：l 实现轴流风机的防喘振控制l 实现喘振阀的快开、慢关功能l 实现联锁停机时喘振阀自动打开l 实现二放空阀分程控制l 实现喉部差压温度补偿算法3、 取消原防喘振部分功能：l 取消喉部差压低选和出口压力高选控制l 取消防喘振线下移功能l 取消PID参数自整定功能l 折线运算由原10段减退化为7段l 因无PC机操作站，在人机界面上无法实现防喘振曲线图三、防喘振程序的移植实现程序的转化和移植，一个最关键的问题就是技术上的难度。为攻克这一课题，我们反复读资料、做实验。逐段程序去转化、去仿真、去实验、去测试等等。三重化Tricon系统中的用LAD梯形逻辑语言实现的防喘振控制程序转化到富士智能调节器PNA3-211中，完整地实现备机的防喘振控制，这客观的要求技术人员必须做到：l 对原LAD源程序彻底读懂 对防喘振控制思想，目前还没有一个厂家完全的对用户公开，因此，给我们读源程序带来了相当大的困难。我们反复钻研，同时和北京Triconex公司项目工程师取得联系，以做到对喘振思想的理解上万无一失。l 对现PNA3调节器彻底会用 PNA3调节器，在我公司用的很多，但还停留在其常规的简单控制功能，其“智能”的深度挖掘还远远不够。本次攻关，可以说把PNA3的功能用到了极尽，充分发挥了其智能表的功能。l 防喘振控制功能的彻底移植在移植过程中，我们得到了林源同行的热心帮助，对不同的控制思想和策略的实施做了比较，极大的提高了软件思想的汇融，对防喘振控制功能可靠性和安全性提供了实际参考经验和理论支持。在此，我们花费了很大精力。1、控制说明：l 调节器BIC1840面板上的SV、PV分别显示防喘振出口压力的给定值和测量值。l 调节器选反作用方式，偏差DVPVSV，当DV0时且操作方式在“R时开始防喘振控制（开阀）。l 分程控制正常处于“A”模式，HIC1841关到45时，HIC1840开始动作。l 温度补偿的基准温度为22.5。l 防逆流调节器HIC1849正常应处于“A”状态。2、注意事项：l 防喘振控制实现自动控制必须处于“R模式l SV值只能由计算自动给定，不能手动设定联锁停机时，二放空阀自动全开后，需将控制器由“R模式切到“M模式，手动调节放空阀开度；否则，停机信号消失后，放空阀会自动全关。3、温度补偿算法： 源程序为： rBIC101 = (iTE840 + 273.15) / (273.15 + cTE840S); rBIC103 = rPdT842 / rBIC101; 这需换算成适于PNA3-211运算的功能块模型来实现。根据气体流量的修正公式： Q实/Q参（P实T参K参实/ P参T实K实参）1/2 不考虑绝对压力P压缩系数K和密度的变化，风机喉部差压不需方根运算，则公式只和绝对温度有关，可简化为： Q实/Q参T参/ T实T参22.5 入口温度的量程为-4060Q参/Q实 (100T实40273.15)/(T参273.15) 33.82T78.86源程序移植在PNA3中组态参数为： W1=C3 W11031TIA1840 W12880CON133.82 W13881CON278.86 W2C4 W21030PDA1840 W22A014、 折线运算不同的静叶角度对应的喘振点是不同的，而静叶角度和喉部差压有关。因此，根据补偿后的喉部差压作为坐标的横坐标，计算出对应的出口压力作为纵坐标，纵坐标即为PID控制的设定值SV。为安全起见，通常将坐标点向下偏移7的裕度来确定一点，将若干点相连，就形成了防喘振线。在新控制方案中，防喘振线是采用8点7段（原11点10段的简化）折线算法，确定了近似于理论防喘振线。具体坐标值见表1（实数转化为百分数）。折线的算法如图6所示，与图2稍作比较可知ac点间的纵坐标之差即为7安全裕度，工作点xd之间纵坐标之差即为偏差e，当e0时（即x在d的上方时）系统认为已接近喘振，此时放空阀打开。图6 折线运算功能图序号X轴Y轴原X轴原Y轴10%0%00212.56%15.83%3.1495.0318.60%23.92%4.65143.545424.96%31.26%6.24187.53531.12%38.25%7.78229.52639.40%42.56%9.85255.36754.36%44.78%13.59268.668100%44.78%25.00268.66表1 折线坐标表5、 WFC组态（PNA3211）空通道默认为00，运算时系统认为是0（数字量或模拟量）；不用的功能块可设为00，不参与系统运算。组态的框图如图7所示。四、模拟仿真1、模拟仿真调试防喘振控制功能的实现 为保证防喘振控制功能的正确性和可靠性，我们模拟仿真调喘振参数的实际情况，给出参考值进行调试，调试结果均记录在案。实际调试表明：防喘振控制功能彻底实现了。参见表2调试报告。备机防喘振控制仿真调试报告序号参 数取样值1取样值2取样值3实验结论备 注1出口压力PIA1841A40.40%40.40%40.40%合格联调2入口温度TI184060.68%60.68%60.68%合格联调3喉部差压PDT184050.09%25.05%35.08%合格联调4补偿后的喉部差压值（人工计算）50.40%25.20%35.29%合格联调5折线运算后计算出的SV值（人工计算）44.19%31.53%40.42%合格联调6控制器面板显示的SV值（自动计算）44.19%31.57%40.41%合格联调7防喘振调节器BIC1840输出100%100%100%合格联调8手操器HIC1841输出100%100%100%合格联调9手操器HIC1840输出100%100%100%合格联调10放空阀ASV1841回讯ZT1841-0.10%49.98%100.10%合格单调11放空阀ASV1841回讯ZT18420.80%50.01%99.98%合格单调表2 防喘振测试报告2、融会贯通，完全彻底领悟防喘振功能的算法和控制策略本次攻关结束后，我们计划将本次喘振功能在Honeywell的TPS系统中实现，大力开展技术创新，不断优化控制方案，确生产保效益最大化。图7 PNA3逻辑功能图五、ESD逻辑联锁的实施 我们在以前的维护过程中，对于西门子的S7-200系列PIC从未使用过，对于S7-200系统的硬件组态，以及软件编程一无所知，这样就产生一个重大的课题“时间短，任务重”。我们一方面对西门子的S7-200系统PLC进行攻关，查阅有关S7-200 PLC的相关资料，对S7-200的硬件组态，软件编程在短时间内有了深入的认识，同时对TRICON系统内关于ESD的控制程序进行认真的解读与分析，对原系统的控制思路有了更深刻的认识，为以后的编程做好了充分的准备。另一方面，对备机的ESD回路进行认真的统计，确定了S7-200与现场的连接对应关系，并对回路进行认真核对，以保证回路的准确性。TRICON系统为三重冗余控制系统，而S7-200为普通的PLC，S7-200系统PLC在冗余冗错方面有着严重的缺陷与不足。为了保证S7可靠运行，我们一方面对S7-200进行严格的测试，另一方面认真编写应用程序，反复调试。一、备机的联锁回路1、联锁动作条件：当机组运行过程中，出现以下情况，将联锁停车。A 风机轴位移过高（2取2），（18HH/1811/1810）B 润滑油压力过低（3取2）（PS1852/1853/1854）C 动力油压力过低（3取2）（PS1861/1862/1863）D 逆流达到安全运行（PDI1840）E 手动紧急停车F 电机脱网2、联锁摘除：除电机脱网与手动紧急停车信号外、都设有联锁摘除开关，在处理联锁仪表时，可先摘除联锁，并在处理完毕后，恢复联锁。3、执行器动作情况：A 去供电电机跳闸B 发出联锁信号去DCSC 两个放空阀全开D 风机出口止回阀全开E 风机防逆流阀全关F 发出报警信号G 手动关闭静叶至14二、增压机联锁：1、联锁条件：A、增压机润滑油油压低（PS1871/PS1881）B、增压机位移过大ZHH1871（ZHH1881）C、手动紧急停车2、联锁摘除 处手动紧急停车外，其余联锁均设有联锁摘除开关，用于联锁的摘除3、执行器的动作情况 A去供电停主电机 B发出联锁报警信号 C发出联锁信号去DCS三、润滑油泵自启1、启动条件润滑油压力低 PS1851 PS18502、执行器的动作情况 至供电自启备用润滑油油泵3、手动停泵 自启油泵后，当油压恢复正常后，工艺人员可按停泵按钮停备用油泵。四、动力油泵自启1、启动条件 动力油压力低 PS18632、执行器的动作情况 至供电自启备用动力油油泵3、手动停泵 自启油泵后，当油压恢复正常后，工艺人员可按停泵按钮停备用油泵。五、增压机润滑油备泵自启1、启动条件 润滑油油压力低 PS1870（PS1880）2、执行器的动作情况 至供电自启备用润滑油油泵3、手动停泵 自启油泵后，当油压恢复正常后，工艺人员可按停泵按钮停备用油泵。六、联锁摘除开关 K1 逆流摘除开关 K2 动力油压力联锁摘除开关（PS1861） K3 动力油压力联锁摘除开关（PS1862） K4 动力油压力联锁摘除开关（PS1864） K5 润滑油压力联锁摘除开关（PS1852） K6 润滑油压力联锁摘除开关（PS1853） K7 润滑油压力联锁摘除开关（PS1854） K8 风机轴位移联锁摘除开关（ZHH1811） K9 风机轴位移联锁摘除开关（ZHH1810） K10 增压机1#轴位移联锁摘除开关（ZHH1871） K11 增压机1#油压联锁摘除开关（PS1871） K12 增压机2#轴位移联锁摘除开关（ZHH1881） K13 增压机2#油压联锁摘除开关（PS1881） 说明：当联锁摘除开关打到上部时，联锁处于投用位置。 当联锁摘除开关打到下部时，联锁处于摘除位置。通过实际运行，我们的方案完全满足了应急控制系统的要求程序移植方案二：在TPS系统中实现轴流风机的防喘振控制功能模块是TPS系统商提供的系统应用程序，用户可根据需要进行选择，然后将结构参数（功能参数和结构参数）设置好就可以调用，实现特定功能。如高选模块：功能是输出等于输入中最大的一个输入。其数学方程式是：M=X1 （当X1X2时）M=X2 （当X1X2时）图形描述：tXtMt1t1风机的两个出口压力采用高选控制，即选择HILOAVG（HI）算法；同样两个喉部差压采用低选控制，即选择HILOAVG（LO）算法。笔者针对图2的防喘振控制框图，在ARGG中央控制室TPS系统中，逐个功能反复实验最终确立新的算法方框图，如图8所示。 结合图8的框图功能创建了一些功能点，如表3所示。本控制算法最大的技术难点，也是核心技术是：l 防喘振线的形成l 比例增益K自整定运算l 放空阀的快开慢关功能l 防喘振曲线工作点的动态干预下面就作以详细的阐述。一、温压补偿算法 在TPS系统中Regulatory PV温压补偿算法有固定的计算公式。有如下几种：在这里，笔者选择了公式EQB算法。下面是公式中的变量说明。P = Measured actual gage pressure.T = Measured actual temperature.RP = Design pressure, converted to an absolute value (Default value = 1.0).RT = Design temperature, converted to an absolute value (Default value =1.0).P0 = Factor to convert gauge pressure to an absolute value. Typically 14.696psia or 101.325 kPa. Enter the absolute value of the number.Default value = 0. If the measured pressure is already an absolute value, enter 0.T0 = Factor to convert Celsius and Fahrenheit temperatures to an absolutevalue. Typically 459.69F or 273.15C (use the absolute value of the number when entering a value in T0). 备机防喘振控制参考温度为T0 = 25C。EQUATIONAHILOAVG（LO）PDI1840A.PVPDI1840B.PVFLOWCOMP（EQB）GENLIN主PIDEQUATIONAHILOAVG（HI）PI1841.PVPI1841B.PVControlLanguage副PIDAUTOMANAUTOMANCALCULTRGENLINCALCULTRLogicBlockASV1840A.OPASV1840B.OPASC1840.KPI1841.PVPDC1841.PVP.PVTI1840.PVPDZ1840.PVXY1840PI1841A.PVSPPVASC1840.OPSENT1840.OPPM1840PI1840.PVPZ1841.PVP1841.PVControlLanguageControlLanguagePMESDShutdown 图8 TPS系统中防喘振控制框图序号位 号点的功能描述点的类型备注PI1841A/B风机出口压力Analog Input2PI1841高选后的风机出口压力Regulatory PV3PDI1840A/B喉部差压Analog Input4PDI1840低选后的喉部差压Regulatory PV5PDC1840温度补偿后的喉部差压Regulatory PV6PDZ1840折线运算后的喉部差压Regulatory PV7P1840计算后的比例增益P Regulatory PV8PZ1841折线运算后的比例增益PRegulatory PV9P1841折线运算后的比例增益P再计算Regulatory PV10ASC1840防喘振控制PID运算Regulatory Control11HIC1840A/B放空阀手操器Regulatory Control12ASV1840A/B放空阀输出Analog Output13LG1841联锁停机比例增益P自整定Logic14PM1840CL语言控制放空阀快开慢关Process Module15XY1840CL语言控制防喘振线下移Process Module16PMESD停机CL语言控制放空阀自动全开Process Module17ESD停机信号Digital Input18P用于温压力补偿用的压力（常压）Numeric19SENT1840防喘振控制快开慢关传递参数Regulatory Control20ARRAY1TPS与PLC数据通讯Array备用21ASCC防喘振曲线图.PCT图形文件表3喘振功能点清单 二、防喘振线的确定 原方案采用折线运算得出，这种控制算法在DCS理论上称之为预测控制，它采用工业过程中较易得到的对象阶跃响应曲线，把它们在采样时刻的一系列参数作为控制对象的设定值，从而使在未来一段时间内使测量值与经过“柔化”后的设定值之间的偏差最小。不同时刻采样的设定值连成的曲线是经过在线“柔化”后的一条所期望的平缓曲线，通常称为参考轨迹。原控制方案中的防喘振线既是由11点坐标构成的一条参考轨迹。在TPS系统中的Regulatory PV运算类模块中就有专门的折线函数运算General Linearization（GENLIN）。其功能图如图9所示。图9 TPS系统中GENLIN 功能图其中：IN0 = 0.0 IN1 = 30.0 Beginning of 1st segmentIN2 = 55.0 IN3 = 85.0 End of 1st segmentOUT0 = 0.0 OUT1 = 20.0 End of 2nd segmentOUT2 = 45.0 OUT3 = 100.0 End of 3rd segmentSolution A (P1 = IN2):PVCALC = OUT2 = 45.0Solution B (P1 IN1):Solution C (P1 intersects any but 1st and last segment): Solution D (P1 intersects the last segment):说明：Each time this algorithm is processed the input value P1 is compared with each segment,starting with the first and continuing until a segment is found that intersects with the input.When that segment is found, PVCALC is calculated as follows:If the P1 value is exactly equal to the input value at the beginning of any segment (P1 =IN i , for i in a range from 0 to the value in SEGTOT),其中变量:PVCALC = The output of this algorithm. It is selected as the PV for thisdata point when the PV source is AUTOmatic.P1 = The input value.IN(i) = Input value at the beginning of the intersecting segment.IN (i+1) = Input value at the end of the intersecting segment.OUT (i) = Output value at the beginning of the intersecting segment.OUT (i+1) = Output value at the end of the intersecting segment.segtot = A subscript indicating the user-entered value in SEGTOT.1、喉部差压的折线函数不同的静叶角度对应的喘振点是不同的，而静叶角度和喉部差压有关。因此，根据补偿后的喉部差压作为坐标的横坐标，计算出对应的出口压力作为纵坐标，纵坐标即为PID控制的设定值SP。为安全起见，通常将坐标点向下偏移7的裕度来确定一点，将若干点相连，就形成了防喘振线。在新控制方案中，防喘振线仍采用原11点10段的折线算法，确定了近似于理论防喘振线。选用GENLIN折线函数，输入坐标值即可。具体坐标值见表2。2、防喘振线的下移当偏差e大于7%（即42）并且逆流报警存在，则防喘振线下移1%（即7）。为了保证风机的功效，最多下移5次，还设置了手动复位功能，即NN（3）=0。当防喘振线下移时，此时的设定值SP为折线算出的SP减去移动次数N乘以下移量1%（即7）。即：SP SP7*N详细程序如下：SEQUENCE XY（HPM；POINT XY1840）EXTERNAL PI1841，PDZ1840PHASE AASTEP BBSET NN（2）PDZ1840.PVQ： SET NN（1）PI1841.PV-NN（2）IF NN（1）42 AND NN（3）5 THEN（SET NN（2）NN（2）7；& SET NN（3）NN（3）1；GOTO Q）IF NN（3）5 THEN SET NN（3）5IF NN（1）42 AND NN（3）5 THEN（SET NN（2）PDZ1840.PVNN（3）*7GOTO STEP BBEND XY3、比例增益K自整定运算自整定控制是调节器的参数需要根据被控对象的特性调整。原控制方案中采用折线运算，得出一条反应曲线的方法，再作以计算，得出比例增益K，送给PID调节器。根据这个要求，在TPS系统中可仍选用GENLIN折线运算块即可实现。其中公式Regulatory PV中的Calculator模块即可。具体坐标值见表4。序号防喘振线比例增益KX轴Y轴X轴Y轴10.00.00.00.023.1495.048.50.034.65143.54548.610.046.24187.5348.720.057.78229.5248.830.069.85255.3649.040.0713.59268.6649.250.0825.0268.6649.460.0925.0268.6649.670.01025.0268.6649.880.01125.0268.66100.0100.0表4 参考轨迹坐标当偏差e大于0时（即喘振条件具备）发生喘振，K值自动置为初始值90，然后K通过和折线运算后的K计算得出。计算公式： K（9025.0）（K25.0）笔者研究发现可采用两种方式：一是采用语言可实现；二是运用ogic块实现。但经分析后决定采用ogic块方案，因为逻辑块在系统中运行比语言占用空间和都少，安全可靠，负载小。逻辑功能框图如图10所示。、放空阀的快开慢关放空阀的快开慢关的特性对压缩机而言尤为重要，是工艺及设备的特性所决定的。原方案在ricon系统中实现很容易，它根据PID的输出趋势作成正常打开，缓慢关闭，而关闭是以0.1%递加而得的。即当PID的输出是开（减小）的趋势时阀正常打开；反之，即当PID的输出是关（增大）的趋势时阀的输出是以0.1%递加关闭。GER1R2DBL1ASC1840.PVL2ASC1840.SPDeadboadSO1PULSES1SO21secSWITCHS1S2S3SO3FL（1）FL（2）SWITCHS1S2S3SO4FL（2）FL（1）L3L4ENBP1841.PVLG1841.NN（1）=90ENB1s pulseSO1 ON IF R1R2IF （S3ON）THEN SO3S1ELSE SO3S2FL（1）Always OFFFL（2）Always ONASC1840.K图10 逻辑功能框图 但在TPS系统中，由于受各功能点的参数属性的限制，实现PID的输出快开慢关相当困难，原因是：（1）、在同一UCN网中PID的输出连接只有以下几种情况：A、 AO点（半点）的 .OP参数（单回路）B、 RC点的 . X1（X2、X3、X4）参数（连手操器或选择开关）C、 RC点的 .SP参数（串级回路）D、 DO点的 .SO参数（脉宽调制）E、 RC点的 .Ratio参数（比值控制）F、 无输出（2）、在TPS系统中PID的输出不能与下列点参数连接：A、 Logic.NN（i）B、 PM.NN（i）C、 RV点参数5、 Array.NN（i）第（1）种情况满足不了输出快开慢关的要求，因为这几个连接点参数都达不到要求，即不能将PID输出作成动态的加减变速运动。而第（2）种情况可以满足控制要求，但却无法连接。于是问题的关键便浮出水面，即如何找到一个能将PID的输出与AO点的.OP参数相连，实现快开慢关的功能。笔者经过反复实验，最终得出结论：只有通过CL语言才能实现这种参数的连接，但只是两个PID模块之间的参数连接，否则将无法实现。这就要求：A：主PID的输出连接置空（无连接）B：副PID的输入用Pull关系连入主PID的输出，但不参与控制，只用于显示。副PID的输出完全由CL语言控制，其始终处于P-MAN控制方式。C：副PID的输出连接AO点的.OP参数。D：CL语言要根据主PID的输出变化趋势来控制副PID的输出，实现快开慢关功能。以上四点若能实现，则此方案完全可行。但在实际测试中发现D项中的如何判断主PID的输出变化趋势是关键、更是难点，其于三项很容易实现。为此，笔者通过AI点的上一个周期采样值LastPV可推断PID的输出很可能也有此参数。在查找了所有资料后笔者发现只有三个参数可以试运。OPCMD=0 IDLE（Output is not being affected by Output Command）OPCMD=1 Lower（Output is being lowered）OPCMD=2 Raise（Output is being raised）但在实际中发现三个参数均不行，还是达不到控制要求。 在经过反复实验后，最终不得不采用了下述方法，即在CL语言中每隔1秒钟对主PID（ASC1840）的输出作一次采样。根据二次采样的差值来判断主PID的输出是增大还是减小，来控制副PID（SENT1840）的输出，进而得到完美解决。在整个控制过程中，副PID只是起到信号传递作用。完整的程序如下：SEQUENCE PID（HPM；POINT PM1840）EXTERNAL ASC1840，SENT1840PHASE AA STEP BBSET SENT1840.MODATTR=PROGRAMSET SENT1840.MODE=MANSET SENT1840.OP=ASC1840.OPSET NN（1）=ASC1840.OPWAIT 1 SECSSET NN（2）=ASC1840.OPQ： IF NN（