PLC在離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)中的運(yùn)用探析

于政日

摘 要：PLC在離心式壓縮機(jī)中使用，可以明顯消除喘振造成的影響，提高壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。該技術(shù)的應(yīng)用，使離心式壓縮機(jī)的維護(hù)更加簡(jiǎn)便，并能達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益。該文探討了何為離心式壓縮機(jī)喘振，分析了消除設(shè)備喘振方法，研究了GE Fanuc 90-30 PLC在離心式壓縮機(jī)中的運(yùn)用，以及GE Fanuc 90-30 PLC系統(tǒng)中的功能和優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：PLC 離心式壓縮機(jī) 防喘振控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273；TH452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0122-02

PLC在離心式壓縮機(jī)中，屬于先進(jìn)的控制技術(shù)。由于離心式壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生喘振，造成機(jī)器運(yùn)行不穩(wěn)定。可以用FOXBORO盤前二次表來(lái)控制喘振，但維護(hù)方面比較繁瑣，工作量大，而且常出現(xiàn)不明原因的停機(jī)故障問(wèn)題。因此，F(xiàn)OXBORO盤前二次表消除喘振的效果不夠好。PLC是消除設(shè)備喘振效果較好的控制技術(shù)，此研究主要進(jìn)行分析PLC的應(yīng)用及其效果。

1 何為離心式壓縮機(jī)喘振

離心式壓縮機(jī)設(shè)備中有葉輪的設(shè)計(jì)，葉輪可以通過(guò)高速率的旋轉(zhuǎn)將氣體輸送至壓縮腔中并壓縮氣體。如果氣體流量過(guò)少，會(huì)造成滯留在設(shè)備管網(wǎng)的氣體返流至壓縮腔內(nèi)。氣體的快速灌入使壓縮機(jī)口與管網(wǎng)間的壓力差急劇增大，促使氣體從壓縮腔內(nèi)排放出來(lái)。由此可見(jiàn)，在氣體流量不足的情況下，氣體會(huì)在壓縮機(jī)內(nèi)產(chǎn)生震蕩，而這一過(guò)程是有規(guī)律性的，因而會(huì)產(chǎn)生規(guī)律性的振動(dòng)，即是喘振。喘振會(huì)造成壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，因此必須要消除喘振的影響。一般會(huì)對(duì)壓縮機(jī)出口進(jìn)行處理，使其壓力下降，縮短喘振。還可以調(diào)整壓縮機(jī)入口的氣體流量，盡量消除喘振[1]。

2 消除設(shè)備喘振方法

2.1 控制相對(duì)穩(wěn)定的氣體流量

由于氣體流量的變化是造成喘振發(fā)生的重要原因。控制氣體流量是消除設(shè)備喘振的有效途徑。一般是對(duì)離心式壓縮機(jī)進(jìn)行流量限定。即設(shè)置好壓縮機(jī)的氣體流量定值，這個(gè)定值是最低的流量值。通常來(lái)說(shuō)，定值的設(shè)置要在發(fā)生喘振流量閾值的7%～10%的范圍內(nèi)。在壓縮機(jī)進(jìn)行氣體壓縮的過(guò)程中，進(jìn)氣的流量要保持超過(guò)這個(gè)定值，避免發(fā)生喘振。但這一方法也有缺陷，就是運(yùn)行速度恒定的設(shè)備才能發(fā)揮良好的消除喘振效果，如果運(yùn)行速度是變化的，這一消除喘振的方法不適用。而且，如果設(shè)備是低負(fù)荷運(yùn)行的，那么設(shè)置氣體流量定值這一方法對(duì)消除喘振的效果也不理想，不適用。

2.2 將不同的氣體流量轉(zhuǎn)化為定值

由于喘振與壓縮腔出口壓力、葉輪旋轉(zhuǎn)速率、氣體壓縮比等有關(guān)。因此，在使用變速運(yùn)行的離心式壓縮機(jī)時(shí)，喘振點(diǎn)會(huì)不斷變化。那么如果要消除喘振，則應(yīng)將不同設(shè)備狀態(tài)下、不同的氣體流量進(jìn)行控制。可以使用隨動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)氣體流量的控制，將氣體流量轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定的一個(gè)定值，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，避免進(jìn)入喘振區(qū)。使用隨動(dòng)系統(tǒng)的方法操作簡(jiǎn)單、安全，是廣泛使用的方法[2]。

3 GE Fanuc 90-30 PLC在離心式壓縮機(jī)中的運(yùn)用

3.1 GE Fanuc 90-30 PLC控制系統(tǒng)

GE Fanuc 90-30 PLC控制系統(tǒng)中，包含了雙機(jī)熱設(shè)備、CPU、電源、通訊線路及模塊。該控制系統(tǒng)中的控制裝置與GBC網(wǎng)絡(luò)連接，形成熱備功能的網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)，并服務(wù)于整個(gè)系統(tǒng)。該設(shè)備中主要由兩層相互連接、通訊的機(jī)架連接，以端子排來(lái)作為連接的最基礎(chǔ)部分，形成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的作用主要是對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和記錄、控制。GP-470屏幕與其他部件連接，形成上位機(jī)監(jiān)控的主要硬件條件。這一部分使用的操作系統(tǒng)是微軟公司的Windows NT 4.0。GP-470屏幕在操作系統(tǒng)及控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置的配合下，可以輸出各種組態(tài)畫(huà)面。而相關(guān)工作人員可以通過(guò)屏幕輸出的信息了解機(jī)組情況，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作和監(jiān)控。

3.2 GE Fanuc 90-30 PLC系統(tǒng)的優(yōu)化

由于在機(jī)組的運(yùn)行中，需要快速了解機(jī)組的情況。這就需要GE Fanuc 90-30 PLC控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行快速計(jì)算，實(shí)現(xiàn)PID算法，輸出信息。因此，在GE Fanuc 90-30 PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)中，裝置有高性能的CPU 351。CPU 351模塊可以迅速完成PID算法，并能夠結(jié)合梯形圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體流量的轉(zhuǎn)化和控制。在CPU 351 高性能的配合下，可以提高PLC系統(tǒng)消除喘振的效果。除此以外，在PLC中還增加了故障信號(hào)收集功能。在離心式壓縮機(jī)發(fā)生停機(jī)故障的情況下，PLC可以及時(shí)獲取停機(jī)原因，以便進(jìn)行及時(shí)維修，恢復(fù)壓縮機(jī)的運(yùn)行。為能夠提高操作的簡(jiǎn)便性，方便維護(hù)，通常會(huì)將PLC組件裝在固定的防爆控制柜中，并放置在操作室內(nèi)[3]。

4 GE Fanuc 90-30 PLC系統(tǒng)的功能和優(yōu)勢(shì)

GE Fanuc 90-30 PLC是一個(gè)性能穩(wěn)定、價(jià)格適當(dāng)、性價(jià)比高的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備了雙機(jī)熱備功能，正常運(yùn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)、電源等組件冗余。而PLC的主機(jī)和從機(jī)的切換具有高度自由性，且不受干擾。數(shù)據(jù)采集部分可以以10mb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。在通訊方面，PLC支持的通信協(xié)議并非是單一的，而是多樣化的。因此，PLC系統(tǒng)在通訊方面具有開(kāi)放性的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)其他的PLC系統(tǒng)以及DCS系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)障礙通訊[4]。

PLC控制系統(tǒng)還具備了自動(dòng)故障診斷功能、容錯(cuò)功能。該系統(tǒng)使用的CPU351能夠高速完成PID算法，實(shí)時(shí)刷新、輸出信息。PLC中設(shè)置的LogicMaster繪圖軟件是一個(gè)邏輯性強(qiáng)的軟件。該軟件能夠進(jìn)行梯形圖的繪制，為PLC控制喘振提供數(shù)據(jù)。由于該軟件中增加了收集故障信息功能，能夠?yàn)殡x心式壓縮機(jī)的故障診斷和維修提供參考。PLC系統(tǒng)的GP-470屏幕可以輸出信息，工作人員可以通過(guò)屏幕對(duì)離心式壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控、操作。

5 結(jié)語(yǔ)

離心式壓縮機(jī)本身的葉輪、壓縮腔等的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使其存在喘振的現(xiàn)象。喘振可造成離心式壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，壓縮氣體效果不佳。防喘振是維護(hù)離心式壓縮機(jī)工作中的重要內(nèi)容。GE Fanuc 90-30 PLC控制系統(tǒng)自從運(yùn)用到離心式壓縮機(jī)中以來(lái)，發(fā)揮了良好的防喘振效果。在操作方面極為簡(jiǎn)便，提高了離心式壓縮機(jī)的性能。該控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行性能穩(wěn)定，離心式壓縮機(jī)機(jī)組極少再出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳浩然，陳奎，趙冬，等.離心式壓縮機(jī)防喘振方法的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，29（3）：42-47.

[2] 宋海成.離心式壓縮機(jī)的防喘振控制[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2015，24（12）：9-14.

[3] 邢明磊，王志鑫，史吉隆，等.離心壓縮機(jī)防喘振智能控制系統(tǒng)初探[J].化工中間體，2015，34（12）：2-3.

[4] 宋鋒，田文海，龍飛，等.PLC在離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（3）：151.