往复压缩机的自动控制

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在往复压缩机的自动控制方面，多数情况下仅实现了允 ：许启动、紧急停机和辅助润滑油泵 自启动等简单的逻辑控制 ；出于安全因素的考虑 ，压缩机的顺序启停、负荷切换等相对较为复杂的操作过程很少通过控制器实现 自动控制 ，压缩机的启停过程由人工操作，负荷切换也是简单地通过-个切换开关和数台电磁 阀实现 ，它们均独立于控制器之外 ，所以往复压缩机自动控制的难点是将收稿 日期：2012-1O-23-2013年01期(总第237期)压缩机的启停操作和负荷切换操作电子化 ，与压缩机的其它控制需求-并集成到控制系统中，全面实现压缩机的 自动化控制。本文主要介绍在某装置的新氢压缩机上运用 TRICON控制系统实现压缩机完全 自动化操作的控制策略。

2 工况简介新氢压缩机是某装置的关键机组，其在装置生产运行中的作用是将制氢装置产生的氢气增压至 15.5 MPa后送到加氢反应系统，不断向系统补充新鲜氢气，以补充在反应过程中消耗的氢气，包括化学反应消耗 的、油中溶解的以及泄漏损失 的氢气。依据装置最大耗氢量 、压缩机单机气量和安全备用的要求，该装置共配备 3台新氢压缩机，单机额定气量为98297 Nm。/h，在正常工况下两开-备 。该压缩机由 10000 V三相同步电机驱动，三级压缩，每级两列气缸，共 6列气缸，主要的辅助设施有气动盘车机构 、机体循环润滑油系统 、气缸/填料注油系统、气缸/填料软化水冷却系统，填料氮气密封系统、负荷调节系统等，机械结构较为复杂。

蓥3 控制系统配置 地控制盘 (LCP)，盘上安装有该 3台新氢压缩机与同装 机组操作按钮、状态指示灯及置内的-台离心压缩机共用- 压力计 、温度计等，用于压缩套TRICON控制系统，系统包括 机的就地操作及运行监视。为1个主机架和4个扩展机架，控 防止仪表故障及测量偏差对压制系统配置如图 l所示。在控 缩机的意外影响，关键检测点制机柜、系统机架、I/O卡件及 的仪表多为冗余配置，如各列安全栅的分配布置上，将 4台 气缸的出口温度、润滑油压力、压缩机的仪表信号完全分开， 注油器压力等。

避免交叉分配 ，防止在系统发生故障时或在处理故障时影响 4 自动控制策略其它压缩机的控制。主机架和 该压缩机的主要控制策略1#扩展机架安装在-个控制机 有：自动开机控制、负荷控制、柜内，用于离心压缩机的控制， 自动停机控制 、润滑油泵 自动2鼻、3#、4样扩展机架各安装在 启拓制、注油泵自动启拓- 个控制机柜内，分别用于 3 制、冷却水泵 自动启拓制、台新氢压缩机的控制，各机柜 润滑油箱和注油器油箱加热器设置独立的电源开关和 24V稳 自动启拓制等。下面主要介 ；压电源∝制机柜安装在现场 绍较为复杂的自动开机控制、机柜间 (FAR)内，工程师站、 自动停机控制和负荷控制及其操作站和辅助操作 台安装在 中 在 TRICON控制系统中的实现。

心控制室 、(cca)内，二者通过 4.1 自动开机控制双冗余光纤实现高速通讯，达 在准备启动压缩机之前 ， ；到本地控制、远程监控的目的。 需提前做好以下操作检查：3500状态监测系统采集处 (1)将 LCP上的负荷控制理压缩机的活塞杆下沉、机壳振 选择开关切至 本地”位置。 ；动等特殊检测信号 ，并通过 ； (2)将操作站和 LCP上的MODBUS通讯将检测信号传送给 ；负荷切换开关切至O%位置。

TRICON控制器，状态监测联锁 (3)在操作站上选择空载 ：信号则通过硬接线方式 由 3500 ；试车模式或者正 常运行模式 ，系统传送给TRICON控制器。 激活相应的控制逻辑。

在压缩机现彻配置有本 (4)在 LCP上选择氢气或氮气工 况 ，激 活- 队R室 相应工 况 的报 警 l操作划l工程师 l -甲 甲 联锁士rI- - Fi l 用匦 匡 -蘧 机正压通风 l r]l[] 系陌 (6) 润 滑 油! 系统 ：确认机体图1 控制系统配置图 润 滑油箱液 位正3O 瓣 毯常，启动辅助油泵建立润滑油循环，确认润滑油泵出口压力 0.5～0.6 MPa、润滑油供油总管压力0.25～0.35 MPa、润滑油冷后温度4O-55℃、润滑油过滤器压差0.06～0.08 MPa。停运辅助油泵，其控制选择开关切至自动位置。

(7)注油系统 ：确认注油器油箱液位正常 ，启动注油器油泵，确认各注油点注油正常，停运注油器油泵 ，其控制选择开关切至自动位置。

(8)冷却水系统：手动启动主水泵建立气缸及填料冷却水循环，确认循环水泵出口压力 0.5-0.6 MPa；确认软化水冷后温度55℃，辅助水泵控制选择开关切至自动位置。

(9)压缩机盘车：按动盘车启动按钮，启动气动盘车器，确认盘车均匀灵活、无异常响动后停止盘车，脱扣盘车器并锁死 ，脱扣飞轮锁紧装置并锁死。

(13)打开进出口联锁切断阀，出入口缓冲罐经过排凝 、放空阀关闭。

检查确认完上述开机准备条件后 ，确定要开机时 ，先调整好工艺操作，然后点击操作站上的 报警/联锁复位”软按钮 ，复位报警、联锁条件 ，控制逻辑检测以下开机允许条件；是否满足：LCP上的负荷控制选择开关切至 本地”位置 、操作站和LCP上的负荷切换开关切至 0%位置 、LCP上主电机控制选择开关切至 停止”位置、2013年01期(总第 237期)-控lanufa制cturin技g Pro黼ces 操作站上的机组运行模式选择为空载试车模式或者正常运行模式 、冷却水压力大于 O.25MPa、主电机正压吹扫完成、气 ；动盘车器脱扣、飞轮锁紧装置脱扣 、停机顺序完成 、无联锁停机条件 、压缩机进出口切断阀全开。

如以上开机允许条件满足，则操作站和LCP上 机组准备启动”指示灯亮起，指示可以启动压缩机。在 LCP上将主电 j机控制选择开关切至 启动”位置，则 机组准备启动”指示灯灭， 启动顺序运行”指示灯亮起 ，压缩机正常运行模 j式下的启动顺序如图 2所示 ，控制系统自动执行以下步骤：(1) 自动禁止氢气 、氮气工况切换。

(4)60 s后 ，解除润滑油总管压力低报警、润滑油总管压力低低联锁、注油器压力低联锁的旁路屏蔽∝制逻辑判断润滑油压力 、注油器压力是否正常，不正常则联锁停机 ，正常则发出主电机启动命令 ，启动主电机。

(5)发出主电机启动命令30 s后 ，检测电机启动是否成功 ，不成功则联锁停机 ，成功则操作站上的 主电机运行”指示灯亮起。

(6)主电机启动成功 90 S后，自动停运辅助油泵，机体循环润滑油系统改由轴头泵供油 ，同时激活润滑油压力低限报警启动辅助油泵联锁功能。 i-2013年01期(总第237期)(7)5S后 LCP及操作站上机组准备加载”指示灯亮起。

(9)控制逻辑判断压缩机的负荷状态 ，如果 0%负荷持续480 S，则会发出无负荷超时报警 ，无负荷报警持续 60 S后，系统 自动联锁停主电机。如果负荷大于O%，则 机组准备加载”指示灯熄灭 ，解除二级人口压力低报警 、三级人 口压力低报警的旁路屏蔽， 启动顺序运行”指示灯熄灭，操作站和 LCP上 的 机组正常运行”指示灯亮起，至此 ，完成压缩机的 自动启动过程 ，转入正常操作过程 ，由操作人员视压缩机和装置的运行状况逐步完成压缩机的加载和并机操作，将氢气压缩至 15.5 MPa后向反应系统补充新鲜氢气。

4.2 自动停机控制压缩机的停机控制分为正常停机和紧急停机两种情况。

正常停机是根据压缩机维修 、切机或装置运行工况的需要 ，在机组运行状态良好的情况下 ，有预见地停用压缩机。为避免正常停机对装置运行造成冲击 、对压缩机造成意外机械损伤，要有计划的-步步停机，先调整好工艺操作、将压缩机负荷逐步降低至 0%，在空载状态下按下停机按钮启动压缩机自动停机控制，如图3所示◆急停机是在压缩机或装置非正常运行状态下，由于过程参数达到联锁设定值、触发了压缩机联锁或人工按下紧急停机按钮 ，通过紧急停机逻辑启动压缩机圈 区 圈 厂 茁解除润滑油压力低报警、润滑油压力低联锁、注油器压力低联锁屏蔽启动联锁正常～ ～ 晤 l。 。 。。 。。。 。。 。 。。。 。 。 。。J圆 主电机运行～ ～ 蒜停辅油泵，允许辅油泵自启动图2 压缩机开机控制逻辑负荷来不及卸载，工艺操作来不及提前调整 ，会对工艺生产造成-定的冲击。启动 自动停机控制逻辑后 ，控制逻辑发 出停机命令至电工，停运主电机，注油器油泵 、润滑油轴头泵随即停止，为使压缩机惰性润滑，降低机械磨损，并使油路通畅，以备后用，自动启动辅助油泵，继续循环供油600 S；由于压缩机停运后，气缸及填料还处于热态，所以冷却水系统要继续供水 600 S，冷却气缸及填料№蘑 巷点后，再在 自动停运冷凝水泵。

4.3 负荷控制该压缩机的负荷控制采用全行程顶开气阀的分级调节方式，第 1级压缩和第 2级压缩的 4列气缸各安装 4台进气阀、第 3级压缩的2列气缸各安装 2台进气阀，共 2O台进气阀，这20台气阀通过不同的开关组合，构成 0%、50%、75%、90%、100%5级负荷调节∝制系统的负荷控制逻辑通过电磁阀分别控制 20台气阀膜式执行器的仪表风的通断，仪表风通则全行程顶开气 阀的阀片，气阀在活塞的工作循环过程中始终处于全开状态，气体可 自由进出气缸 ；反之气阀失去被强制顶开的动力 ，成为依靠压差工作的自动阀，在气缸进气过程中，外侧压力高于内侧压力 ，气 阀被打开 ，在气缸压缩和排气过图3 压缩机停机控制逻辑程中，内侧压力高于外侧压力，气阀被关闭。

LCP上安装有负荷控制选择开关，如果选择 本地”位置，则可用LCP上的5位负荷切换开关进行负荷控制；如果选择 远程”位置，则可用操作站上的负荷切换软按钮进行负荷控制。

负荷控制的激活条件及负32l 瓣 憋 荷级别选择与压缩机的运行模 j式和工况有关，压缩机在空载试车模式时，禁止负荷控制，负荷被锁定在 0%，在正常运行模式时，主电机停止后，允许负荷控制，主电机启动按钮按下时，禁 ；止负荷控制，主电机启动正常 ；后，再允许负荷控制。在氮气工况下，压缩机只有 O%和 100%两级负荷选择，在氢气工况下，压缩机有 O%、50%、75%、90%、 ；100%5级负荷选择。

加载压缩机负荷时 ，按照50%、75%、9O%、100%的次序依次延时 10 S后逐级加载∩以越级选择压缩机的负荷，但 ；控制逻辑按次序逐级进行负荷 !加载 ，比如压缩机的当前运行负荷为 50%，如果负荷切换开关切至 90%位 ，负荷并不会由50%直接加载到 90%，而是先加载到 75%负荷 ，延时 10 S后 ，再加载到 90%负荷。 ；卸载压缩机负荷时 ，按照100%、90%、75%、50%的次序依次延时 10 s后逐级卸载∩以越级选择压缩机的负荷，但 ；控制逻辑按次序逐级进行负荷卸载 ，比如压缩机 的当前运行负荷为 90%，如果负荷切换开 ：关切至 50%位，负荷并不会 由90%直接卸载到 50%，而是先卸载到 75%负荷，延时 10 S后，再卸载到 50%负荷。 j4.4 软件编程组态 i控制程序的编制采用TRIS-TATION 1131编程软件，软件有 3种编程语言即功能块图、梯形图、结构化文本文件 ，内置有大量的基本功能块 ，经过组合可以实现复杂的联锁逻辑和调节功能 ，逻辑走 向直观 ，可读性强。根据 1131编程软件的功能及特点 ，采用功能块 图编程语言为 3台压缩机分别编制-个独立的控制程序文件，各程序文件的编程方法 、控制逻辑完全-样，只是仪表位号不同。再根据不同的输入信号类型和控制功能，将每个控制程序文件分为几个子功能拈 ：模拟量处理拈 、数字量处理拈 、通讯拈 、报警拈 、紧急停机拈 、压缩机启动停止拈 、负荷控制拈 、辅助油泵/注油泵/冷却水泵/油箱加热器控制拈。各控制程序文件按顺序循环执行 ，整个控制程序的执行周期不大于 100 ms，具有较好的控制实时性。

人机监控界面的编制采用INTOUCH10.0编程软件 ，主要的监控界面有开机画面 、工艺流程画面、报警画面、联锁画面、趋势图画面、测点画面等，每幅画面的最下端均有画面选择菜单 ，用于选择受控压缩机及切换受控压缩机的各监控画面 ，监控压缩机的运行状态。

监控界面不仅可以实时地动态显示所有过程参数值和报警状态、设备运行状态 ，绿色表示正常状态，黄色表示报警状态，红色表示联锁状态 ，还组态定义了许多操作软按钮，点击这些软按钮可对压缩机进行相应的操作 ，如负荷切换 、紧急停机等 ，单击模拟量可以弹出相应的示值棒图和趋势画面 ，单击控制阀可以弹出相应 的调节回路画面，单击过程参数的报警值可以弹出报警值设定窗口，2013年01期(总第237期)-控ianuf制actmn技g Pro ces 同时为提高操作的安全性，所有对压缩机的操作均设定了确认步骤，弹出确认窗口进行二次确认，具有良好的互动性。

5 结语该压缩机仪表控制系统的集成与控制组态达到了预期 目的，自2009年投用以来 ，收到了良好的应用效果。在具备开机允许条件后，只要按下主电机启动按钮，仪表控制系统自动启动润滑油系统、注油系统、主电机、负荷控制，整个启动过程仅需 2min；正常停运压缩机时，只需按下主电机停止按钮，仪表控制 j系统自动停运主电机、润滑油系统、注油系统、负荷控制、冷却水系统；在机组启动和停运过程中，不需要人工干预，实现了压缩机的全自动控制。