《机械工程硕士论文压缩机监控系统的开发及应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程硕士论文压缩机监控系统的开发及应用.doc（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、学校代码：11414学 号：G0303116 中国石油大学硕士研究生学位论文(申请中国石油大学工程硕士学位) 压缩机监控系统的开发及应用学科专业：机械工程培养方向：化工过程机械硕 士 生：指导教师：(博导 教授) 现场导师： (高工)入学日期:2003年3月 论文完成时间：2007年5月中文摘要监测及控制系统直接影响到大机组的平稳运行和物料损耗，因此监控系统发挥着至关重要的作用。大庆化肥厂的二氧化碳压缩机是整个生产装置的核心部分，而且控制比较复杂、停车次数多。这里对二氧化碳压缩机的监控系统进行了详细研究，重点包括机组振动监测系统、联锁系统、3C控制系统、ESD系统等。同时针对各仪表控制系统常出
2、现的问题进行分析，并采取了一系列改进措施使监控系统运行更加稳定，生产更加安全，而且大幅降低了监控系统的故障率和物料损耗。为监控系统在大机组中更好的应用提供了宝贵的经验。关键词：压缩机； 监控系统； DCS； 控制器ABSTRACT Monitoring and controlling system will have a direct effect on stable running and material consumption of large units , therefore it is very important for monitoring system . CO2 compr
3、essor from Daqing fertilizer plant is a center part of the entired units ,and controlling procedure is more complicated and many times shutdown. The detailed researching will be finished in the thesis on monitoring system of CO2 compressor, including compressor surging monitoring system, interlock s
4、ystem, CCCcontrolling system, ESD system and soon .At same time the problems from instrument controlling system will be analysed , taking some improved measures for monitoring system to ensure system runing more stable and safe and reduce fault rate and material consumption of monitoring system. It
5、supply a valuable experience for monotoring system utilization in large units. Keywords：compressor； Monitoring and controlling system； DCS； Controller 目 录第1章 前言1第2章 二氧化碳压缩机监控系统概述22.1 二氧化碳压缩机流程简介22.2 二氧化碳压缩机监控系统特点4第3章 机组监控系统的原理和设计63.1 振动系统的原理和设计63.1.1 振动监测系统原理63.1.2 振动监测系统的设计93.1.3 本特利振动系统安装注意事项113.2
6、 大机组控制系统原理及应用133.2.1 性能控制器的原理及应用143.2.2 防喘振控制器的原理及应用183.2.3 透平速度/抽汽压力控制器的原理及应用213.3 压缩机组控制系统和DCS间通讯设计233.3.1 压缩机组控制系统和DCS间通讯原理243.3.2 TPS系统SI与 3+系列控制器的通信组态25第4章 监控系统的灵活应用274.1 3300系统应用中的常见问题274.1.1 干扰来源及处理274.1.2 探头尾线密封问题294.2 控制系统常见问题分析304.2.1 3C控制系统的应用304.2.2 电液转换器的问题分析314.3 DCS系统操作界面的优化344.3.1 Ch
7、angezone介绍344.3.2Changezone的修改354.3.3修改后的Changezone效果40第5章 控制系统的应用效果及结论425.1 监控系统的实际应用效果425.1.1 3300振动监测系统实际应用结果425.1.2 3C控制系统的应用效果435.1.3 DCS系统操作界面及通讯实施后的效果445.2 经济效益和社会效益455.3 结论46参考文献47致 谢49第1章 前言对于大型化肥生产企业，压缩机组能否平稳运行关系到整个企业的安全生产，因此监测及控制系统发挥着至关重要的作用。目前国内外的大机组监控系统一般都采用比较成熟的系统，如大庆化肥厂的振动监测系统采用本特利公司生
8、产的3300传感器系统。该系统在高速旋转机械振动和运行参数测量中，具有测量范围宽、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单等优点。压缩机控制系统采用美国压缩机控制公司（CCC）的3C系统控制器，实现复杂的控制策略。同时它的软件提供了多种防喘振控制算法和控制策略，能够满足用户需求。二氧化碳压缩机的部分显示和控制功能是由Honeywell公司的DCS系统完成的。DCS系统操作简便、可靠性高。虽然监控系统是比较成熟的系统，但是由于施工、设计、维护等各方面原因，在实际的应用过程中还存在一些困扰设备长周期运转的因素，如振动监测系统的探头尾线在设备长时间运行时尾线密封处容易渗油；DCS在压缩机紧急状态下控制较
9、慢等。这里对二氧化碳压缩机的监控系统的设计及原理进行了研究，并阐述了常见故障出现的原因，通过一系列的改进措施提高了大机组的稳定性和可靠性，对同类型的企业具有一定的指导意义。第2章 二氧化碳压缩机监控系统概述2.1 二氧化碳压缩机流程简介二氧化碳压缩机是离心式压缩机，由透平驱动。此压缩机共分四段，前二段统一转轴，装在一个水平剖分式缸体内。后二段是一根转轴，装在筒形缸体内。在这两个转轴之间装有一个增速箱。各段间设有气体冷却器和液滴分离器。在2005年扩容改造中，由于二氧化碳压缩机能力达不到扩容要求，因此在二氧化碳压缩机前新增一台增压机（3102-JA），是由意大利新比隆公司制造的，其控制系统随机组
10、配套引进。它由一台8200KW电动机驱动。入尿素装置的二氧化碳首先进入液滴分离器S101。入口流量、压力、温度由FT101、PT106、TT160指示二氧化碳进入S101，分离掉二氧化碳中所含的水分后，通过增压机控制风门HV-2326后，进入增压机，在这段管线上设有FT2327流量计、压力PT2330指示、温度由TT2326指示，同时S101液滴分离器上还设有液位高联锁LSH2326。增压机出口的二氧化碳压力约为0.305MPa，由PT2331指示，出口温度为：120，由TT2327指示，在增压机出口管线上还设有出口温度高联锁TAHH2328、出口压力高报警PAH2331和出口压力高联锁PAH
11、H2332。增压后的二氧化碳气经冷却器冷却后进入增压机出口液滴分离器，分离器液位由LV2328控制，在液滴分离器上设有LSH2329液位高联锁。在增压机出口分离器后至S101入口管上设有一根防喘振返回流管线，使二氧化碳由增压机出口回至增压机入口，通过调节阀FV2327控制，用于机组的开、停车及防喘振。进入压缩机低压缸一段压缩的二氧化碳由温度TT111/1指示，压力由PT105指示，压缩机后一段出口压力约为0.60MPa，由PT113指示，温度升到102，由TT111/2指示，流量由FT103指示，进入一段冷却器冷却,温度降为35，由TT111/3指示。经分离器后进入压缩机二段压缩。压缩机二段出
12、口压力为2.2MPa，由PT115指示，温度升为177,由TT111/4指示，进入二段冷却器冷却,温度降为35,通过分离器分离掉部分二氧化碳中所含的水分后，进入压缩机高压缸三段压缩。在二段至三段管线上设有段间放空阀HV112。用于压缩机的开、停车过程中的升压与降压。二氧化碳在压缩机高压缸经三段压缩至7.42MPa，由PT117指示，温度升至163.45，由TT111/6指示。进入三段冷却器冷却,经过冷却的二氧化碳进入三段离器分离掉二氧化碳中所含的部份水分后，进入压缩机四段压缩,加压到14.6MPa, 由PT121指示，温度升至111，由TT220指示。压缩后的二氧化碳气体，经过单向阀送入尿素工
13、艺装置。压力由PT107指示。离心式压缩机3102-J采用蒸汽透平驱动，透平为注汽-抽汽 -冷凝式。从热电厂经管线送至尿素界区4.04Mpa(绝)主蒸汽经过V1调节阀进入透平。主蒸汽经第一级叶轮做功后,蒸汽压力降为2.11MPa（绝）,由PT920指示。抽出部分蒸汽供装置的工艺部分使用，剩余的蒸汽进入第二级叶轮继续做功。而压力则降为0.44MPa(绝)左右,汇同装置副产的蒸汽一并进入后叶轮, 注汽压力由PT915指示，蒸汽最后进入表面冷凝器905-C进行冷凝。冷凝液由透平复水泵907-J/JS通过液面调节阀送出界区。工艺流程图原理如图1。 图1 压缩机工艺原理图2.2 二氧化碳压缩机监控系统特
14、点CO2压缩机组的轴振动、轴位移测量采用的是电涡流传感器，即本特利公司生产的3300传感器系统。在高速旋转机械振动和运行参数测量等工作中，电涡流传感器能更准确地搜集到转子振动状况的各种参数，并且具有测量范围宽、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简单等优点。这种传感器能直接测量出旋转机械中轴承油膜变化产生的复杂过程，比较准确地检测出轴的运动及故障实际状况，对高速旋转机械系统的监测保护具有重要得意义，因此，在汽轮发电机组、透平机、压缩机、离心机等大型旋转机械的轴振动、轴位移测量及轴心轨迹的测量中得到了广泛的应用。压缩机控制系统采用美国压缩机控制公司（CCC）的技术设备。3C系统控制器是较高程序化的可
15、编程控制器，它们通过本身的4个通讯口能够把多机组控制有机结合起来，实现复杂的控制策略。同时它的软件提供了多种防喘振控制算法和控制策略，能够满足用户需求。因此，我厂把入装置二氧化碳流量作为主控变量，可满足工艺氨碳比需求，在氨流量稳定情况下，保证二氧化碳流量能够自动调节，保证流量稳定。改造投用后，压缩机控制精度和压缩机系统运行的稳定性都有了很大提高。3102J的部分显示和控制是由DCS来完成的，即集散控制系统。尿素装置的DCS系统经过十多年的运行，由于系统老化故障率连年上升。为了确保装置的安稳运行，2002年化肥厂选用美国Honeywell公司的TPS系统对DCS进行改造。同时借助此次改造之机对尿
16、素现场部分受腐蚀性气体腐蚀损坏严重的接线箱、电缆、穿线管等进行了更新。使尿素现场状况有了很大改善，控制系统的安全性、稳定性也有了保证。第3章 机组监控系统的原理和设计3.1 振动系统的原理和设计大庆化肥厂的振动监测系统采用本特利公司生产的3300传感器系统，该系统是一种非接触式间隙转换成电压的传感器系统，既可用于测量静态，也可用于测量动态的探头端部与被测物体表面之间的距离。这种传感器所产生信号提供两类信息，一个反映机器动态运动的交流信号以及反映机器部件之间相对运动的直流信号。可用于：（1）测量径向振动，它可显示轴承的状况，还可以测量诸如转子不平衡、不对中以及轴裂纹等机械故障。（2）轴位移测量，
17、它可决定止推轴承的磨损或潜在的止推轴承的失效。（3）键相位信号，用来测量轴的转速和轴振的相角可借以对机械进行监测和故障诊断。（4）大型蒸汽透平差胀的测量。可见：所有压缩机状态参数信号，均可由电涡流传感器系统来测量。3.1.1 振动监测系统原理 该传感器应用电涡流原理，测量探头顶部与轴表面之间的距离。前置器产生一个低功率、无线电频率信号。这一信号由延伸电缆送到探头端里面的线圈上。在探头端部的周围都有这一信号，如果在这一信号的范围之内，没有导体材料，则释放到这一范围内的能量都回到探头。如果有导体材料的表面接近于探头顶部，则该信号在导体表面会形成小的电涡流，即这一涡流使得该信号有能量损失，该损失可以
18、测量表面探头顶部的距离。探头顶部越近，其能量损失越大，传感器系统可以利用这一能量损失产生一个输出电压。（1）当探头和物体（目标）之间的距离（间隙）最小（如图31）时，无线电频率信号的振幅处于最小值，这时涡流强度最大。 图31（2）当探头和物体（目标）之间的距离（间隙）最大（如图32）时，无线电频率信号的振幅处于最大值，这时涡流强度最小。 图32（3）如果物体（目标）在无线电频率信号地区内移动（如图33）较慢 ，则信号振幅的增加和减小变化较慢。移动目标较快，则信号变化较快。目标的快速移动导致了无线电频率信号的调制。但是，调制电路对信号振幅慢或快的变化用相同的方式处理。如果目标不动，（信号振幅和间
19、隙没有变化），前置器的输出为负的直流电压。如图中虚线所示。如果目标移动得很快，则前置器的输出为一变化的直流电压（交流），图中用正波表示。目标移动慢，同样，信号中会有交流成分。该交流成分具有很长的周期。显然，当探头探测到一个振动，前置器将有一个包含直流和交流成份的信号。系统典型频率响应范围是从0HZ到10HZ。 图33（4）前量器输出电压在很宽范围内与间隙成线性比例关系，如图34所示。 图343.1.2 振动监测系统的设计二氧化碳压缩机共有17个振动和位移监测点，其中有14点振动，即透平有入口、出口的X轴和Y轴四点，低压缸有入口、出口的X轴和Y轴四点，高压缸有入口、出口的X轴和Y轴四点，增速箱高
20、速测和低速测各一只。轴位移测量3点，低压缸一点，高压缸二点。增压机共6点，四点振动，两点位移。探头分布见图35。 图35一个完整的传感器系统包括一只探头并带有一根同轴电缆、一根延长电缆和一个前置放大器。其中：探头：被精密地绕在圆形芯轴上的空气芯线圈,其头部由聚本撑硫材料组成，并用螺纹拧进不锈钢壳体内。根据探头直径不同分5 mm、8mm两种。延长电缆：带有内装电缆和延长电缆联结所组成系统，要求从探头端部到前置器距离5米或9米，探头与电缆的长度和，可以和相同类型号的前置器任意配用。前置器：具有两种功能，首先是由振荡器电路发生无线电频率信号；其次是由解调器将无线电频率信号调整为精确的可用数据。为了实
21、现这些功能，需要在它的VT端和COM端之间提供-24V直流电压，实际供电电压取决于前置器型号。前置器和3300监测系统的信号输出和电源供给由一根三芯屏蔽电缆完成，前置器可以放在离监测器1000英尺远的地方而不必增益。传感器系统构成如图36所示。 图36为了使3300监测系统能正常监测压缩机组的运行状态，特此，对压缩机组探头安装技术规范作以简要说明：（1）根据实际需要合理选择探头，结合前置器类型选用合适长度的电缆，使探头尾线长度、同轴电缆长度（电气长度）与前置器匹配.（2）用TK3-2E校验仪作探头间隙-电压特性，确定出传感器系统的线性范围应不小于2mm，灵敏度应为200mv/mil，在线性范围
22、内，非线性偏差不大于20um. （3）传感器系统线性范围的中心为振动传感器的静态设定点，3300传感器设定点为-10v.（4）线性范围的中心也为轴位移传感器的静态工作点，因此3300/20轴位移显示仪表零点间隙电压定为-10v. 轴位移探头安装需根据轴串量来计算出轴在近端（靠近止推盘），远端（远离止推盘）处传感器的输出电压：近端：-10v+（轴串量（mil）/10（v）远端：-10v-（轴串量（mil）/10（v）（5）拔转子至近端，根据传感器近端输出电压安装好探头，反复拔出串量，保证轴串量（千分表）与3300/20表显示相符.3.1.3 本特利振动系统安装注意事项（1）组成传感器系统的各部分
23、之间必须相互匹配。3300、3500系统只有两种系列前置器：长5米和长9米前置器，这里的长度指的是电气长度，而不是物理长度。前置器限定了与系统相匹配的探头和同轴电缆。若采用5米前置器，且探头及其尾线长度为0.5米，则延伸电缆长度应为4.5米，以两者加一起为5米的原则配置。系统的电长度定义为趋近式传感器系统的本质的“电容的调整长度”，必须被认为从探头头部到探头延伸电缆，电气长度的计算应考虑到可能存在的单位长度上电容量的不同，3300系统探头及延伸电缆均采用75同轴电缆，它们的电容量及每单位物理长度的电长度等于两部分之和。 长度总 =长度探头+长度延伸电缆 （2）探头目标区域的准备被测轴的表面必须
24、具有一致的导电和导磁参数，不能有剩磁和表面的不完整（例如：划痕、压痕、锈斑、腐蚀等）。必要时应做表面处理。轴的表面处理例如镀铬，但应用不当会引起“假信号”问题。理想情况下，希望去除镀层来观测原始金属。但假如镀层要保留，就必须至少要均匀的18mil厚，并且前置器要根据镀层重新校验。这是因为本特利内华达公司的标准趋近式传感器在工厂中是按照AISIE4140号钢标定的。与标准不同，前置器就必须根据轴的材料重新标定。这也是电涡流传感器的缺点，即对目标材料敏感。（3）探头目标区域的空间为了得到被测量参数的准确信号，每一传感器都要求有足够的侧面间隙和轴表面目标区域。在确定探头位置时，必须考虑以下三个方面：
25、a.当两只探头安装的太近 （如图36），以致于它们无线电频率(RF)信号区域相互影响时会发生相互干扰。 图37 b.当探头装在探头体侧面空间不足的地方（如图38）时，会发生侧视现象(Side View)。涡流将在这一区域的每一块导体材料上产生。这将导致系统中不是基于真正目标的损失。最小安装范围应是探头头部直径的2倍。 图38c.目标尺寸必须足够大，以使得能够接触到探头体正前部的全部无线电频率区域。目标最小尺寸应是探头体直径的2倍，如图39。 （正常） （错误） 图39 d键相槽或凸起的尺寸至少为探头头部直径的1.5到2倍,深度至少为0.1英寸。3.2 大机组控制系统原理及应用大庆化肥厂压缩机控
26、制系统采用美国压缩机控制公司（CCC）的技术设备，即全机组控制设备（简称TTC）。整个CO2压缩系统机由台C控制器组成，其中一台主性能控制器，2台负荷分配控制器，3台防喘振控制器，一台转速控制器，一台抽汽控制器，它的远程给定来自中控DCS系统；压缩机二段放空阀HV112，由压缩操作室一台独立手操器控制。增压机控制主要由PY2331导叶阀、防喘振控制阀FV2327组成，同时CO2压缩机新增加一台防喘振控制阀PV211。二氧化碳压缩机控制原理图如图310。压缩机控制原理如图3103.2.1 性能控制器的原理及应用3C性能控制器的主要控制对象是：维持主要的控制变量在它的设定值上。主控变量通常是出口或
27、入口压力或流量等变量。使用PID控制算法，调节整个压缩机系统输出。压力超驰控制当出口压力太高或入口压力太低，采用压力超驰控制算法，可以打开循环阀，来实现快速控制。一台性能控制器可以与一台3C防喘振控制器联合，实现2个极限参数控制，控制压力变量在安全界限之内。保证压缩机安全运行。控制功能原理如图311所示。图311在多机组系统中用于负荷分配。负荷分配功能采用PID算法作用于负荷平衡响应，通过调节它们的喘振接近值，来使压缩机的负荷保持平衡。每一台控制器可以从相互作用的控制器上获取主控变量的值，把这一平均值作为它们的设定值。每一台负荷分配的防喘振控制器根据主控制器的输出来计算负荷分配响应的值，使它们
28、的输出一致，来实现循环量平衡。串联压缩机负荷分配控制功能原理如图312所示。 图312按照控制系统要求，尿素压缩系统选用有3台性能控制器，其中1台定义为主性能控制器MPIC101A/B，1台定义为增压机负荷分配控制器SIC101A/B，1台定义为二氧化碳压缩机负荷分配控制器SRC112A/B。按照工艺操作要求，尿素压缩系统选用入装置二氧化碳质量流量FT101测量值作为系统主控参数，由压力PT106、温度TT160进行补偿运算；因此，主性能控制器的控制模块选用fA05,其具有带温压补偿功能。补偿公式采用：CV1=B5*SQR（SV1*SV2）/SV3） B5：主流量系数=1.22 SV1：流量阿
29、扭巴仪表差压输入值（FT101）SV2：压力输入值（PT160）SV3：绝对温度输入值（TT160）主性能控制器根据主控参数FT101流量与给定进行比较进行PID运算控制，运算结果分别作为增压机负荷分配控制器和二氧化碳压缩机负荷分配控制器的远程给定。主控参数PID控制参数为：比例常数：200微分时间常数：0.10积分时间常数：5.0 同时主控制器担任负荷平衡计算任务，它通过串口通讯，读取增压机防喘振控制器UIC101A/B和二氧化碳压缩机四段防喘振控制器UIC2A/B的控制偏差DEV进行平衡计算，其计算结果作为2台负荷分配控制器的远程给定，达到2台压缩机控制流量均衡。主性能控制器启用了POC超
30、驰控制功能，当增压机入口压力PT106测量值小于73.3kPa时，超驰控制功能立即响应，迅速打开增压机防喘振控制阀FV2327，以提高增压机入口压力。增压机负荷分配控制器控制根据主性能控制器的输出作为本控制器的远程给定，通过控制增压机口导叶阀控制入口流量。主控参数PID控制参数为：比例常数：500微分时间常数：0.10积分时间常数：2.0SIC101A/B增压机负荷分配控制器SIC101A/B也启用了POC超驰控制功能，当增压机出口压力PT2331测量值大于260kPa时，超驰控制功能立即响应，迅速打开增压机防喘振控制阀FV2327，以降低增压机出口压力。防止压缩机喘振。二氧化碳压缩机负荷分配
31、控制器LSIC105担当二氧化碳压缩机机组的性能控制器，它接受MPIC101A/B主性能控制器的输出，作为本控制器的远程给定，它的输出传送给二氧化碳压缩机转数控制器SRC112，作为其远程给定。二氧化碳压缩机负荷分配控制器LSIC105也启用了POC超驰控制功能，当二氧化碳压缩机入口压力PT105小于0.1MPa或出口压力PT121大于15.2MPa时，超驰控制功能立即响应，迅速打开二氧化碳压缩机四段防喘振控制阀FV111和PV211，以增加二氧化碳压缩机入口压力，或者降低压缩机出口压力。3.2.2 防喘振控制器的原理及应用喘振现象是离心式压缩机的固有特征。通常喘振可以简单描述为：由于入口流量
32、的减少或出口压力上升，使压缩机的输出满足不了出口管网压力的需要，发生了气体倒灌，造成压缩机工况大幅波动，振值上升。压缩机防喘振控制系统目标是：保护压缩机因喘振而造成的设备损坏。在节省能耗的基础上，防止压缩机喘振。为了达到这些目的，防喘振控制器把一个循环阀放在回流管线上。当流量减少到安全线以下时，回流阀打开，保证压缩机入口流量达到一定值。压缩机发生喘振时的具体现象、条件以及保护压缩机的方法，压缩机性能曲线上很好的表现出来，如图313所示。图313该图中纵坐标为多变压头（HP），横坐标为入口体积流量平方（Qs2）当管网压力增加时，工作点会沿着性能曲线往左移。最后将达到一点，压缩机在这一点上有最小的
33、稳定流量，如果使压缩机的工作点移到这一点的左边，就会产生喘振。对任一个具体的性能曲线，最小稳定流量与最大压力点叫做喘振极限点。所有这样的点汇集在一起，就叫做喘振极限曲线。但是，因为系统的动态特性是很慢的，必须在工作点到喘振极限之前，这个控制功能就发生作用，控制器打开控制阀这一点就叫做喘振控制点，所有这样的点汇集在一起，就叫做喘振控制曲线（SCL），喘振控制曲线与喘振极限曲线（SLL）之间的区域叫做安全带，SCL左边的区域叫做喘振控制区，。防喘振控制阀的开度一定增加。 为了防止压缩机喘振，又要少打循环量，防喘振控制器必须正确地确定压缩机的运行工作点离喘振极限有多远。3+防喘振控制器使用一个多变量
34、函数计算喘振的接近值。该函数导出的控制变量用SS表示： Ss=K*f(Hp.red)/Qs2.red当压缩机运行在它的喘振极限时，Ss为“1”。如果Ss超过了这个值，压缩机就会喘振。这样，Ss为1的所有点汇集成喘振极限曲线（SLL）。 在用于控制和显示时，Ss通过增加一个可变的安全带来转换一个偏差变量。当工作点与喘振极限曲线的距离等于所需的安全带时，偏差为零。偏差意味着循环流量需要增加；正偏差意味着循环量需要减少。这样，所有偏差为零的点汇集成喘振控制曲线。压缩机组有3台3C防喘振控制，其中UIC2A/B提供四段防喘振保护。UIC2A/B的输出控制防喘振回流阀FV111和PV211。UIC1的输
35、出经串行通讯口1送至UIC2A/B ，在 UIC2A/B控制器中，通过高选信号选择器与UIC2的输出一起控制FV111和PV211。增压机防喘振由UIC101A/B控制器完成，当喘振发生时，及时开启FV2327防喘振阀。为了保证一段防喘振的三参数控制，在二段出口管线安装了孔板流量计（FT103）。为了提高防喘振的调节速度，在FV111和PV211上个安装了一台体积加速器，使FV111和PV211全行程动作时间为2秒。3.2.3 透平速度/抽汽压力控制器的原理及应用透平的主蒸汽控制阀V1由速度控制器SRC112A/B控制，抽汽控制阀V2由抽汽控制器PRC920A/B控制，注汽控制阀V3（PIC9
36、01）仍由总控的DCS控制（DCS位号为PIC9153）。控制信号的转换由3台电/液转换器（I/H）完成，将控制器的420mA信号转换为相应的控制阀液压信号。速度控制器有三个磁电式传感器（SE112A，SE112B和SE112C）的频率信号输入和一个用于控制透平主蒸汽阀（V1）的标准420mA输出。三支探头被轴向安装到速度盘的正面，速度盘装在透平轴上，上面有30个槽，透平速度和频率（Hz）之比为2:1。SRC112以下列格式计算频率。Hz=速度盘槽数RPM/60速度盘和磁电式传感器为一定的速度产生一定的频率。在三支探头正常工作期间，控制器选择中间值用于控制。如果一支坏了，控制器将选择两个传感器
37、中的高信号值。如果坏了两支，控制器使用剩下的一支作为控制信号。速度控制器SRC112根据远程给定值与转速进行PID运算，输出控制SV112主蒸汽阀。SRC112的模拟输出OUT1输出标准420mA信号控制V1的电/液转换器。电/液转换器再将420mA信号转换为0.150.33MPa的液力信号用于驱动透平的蒸汽控制阀V1。，达到对透平的转速进行精确控制，抽汽控制器调节透平的抽汽压力，并同速度控制器一起来协调透平的功率和抽汽输出，可平稳地响应各种条件的变化。2005年改造投用后，经过几次调整，现控制器全部在自动模式下正常运行，实现了机组平稳运行，减少了操作强度，达到了预期的目的。3.3.4 各种控
38、制器常用的设置（1) 速度控制器 COND : S_DISPLAY_HIGH（显示高限） COND : S_DISPLAY_LOW（显示低限） COND : S_LVL_（初始PID输出） COND : S_LVL_0（起动阀限） COND : S_LVL_1（停车延迟） COND : S_LVL_3_LOW（Idle1速度） COND : S_LVL_3_HIGH（Idle2速度） COND : S_LVL_5（电子跳车定点值） PID : S_Kr_1（速度控制积分速率） PID : S_PB_1（速度控制比例度）（2) 抽气控制器 COND : D_DISPLAY_0_#_HIGH（测量
39、变量最大值） COND : D_DISPLAY_0_#_LOW（测量变量最小值） PID : E_Kr_2（压力积分速率） PID : E_PB_2（压力比例度）（3) 性能控制器 COND : D_DISPLAY_0_#_HIGH（测量变量最大值） COND : D_DISPLAY_0_#_LOW（测量变量最小值）（4) 防喘振控制器 MODE : A_MOR（手动超驰）（硬手动） PID : A_Kr_1（DEV（偏差）积分速率） PID : A_PB_1（DEV比例度） COND : D_DISPLAY_0_#_HIGH（测量变量最大值） COND : D_DISPLAY_0_#_LOW
40、（测量变量最小值）3.3 压缩机组控制系统和DCS间通讯设计3C抽气控制的远程给定PIC915来自DCS系统。即DCS输出420mA信号至V2电液转换器，控制抽气气门。另外压缩机的部分显示点通过数据通讯传入DCS，对压缩机的参数实施监控。大庆化肥厂DCS选用的是美国HONEYWELL公司的TPS系统。TPS是 Total Plant Solution 的英文缩写，中文意译是全厂一体化解决方案； TPS系统的功能：TPS系统具有灵活、丰富的操作、监视画面。该系统除流程图画面外还有控制面板操作组、Native Windows组图、细目图等多种操作监视画面，可以根据不同情况和个人喜好选择不同的操作监
41、视画面。流程图上除具备基本的动态功能外，还具有丰富的脚本功能，可根据需要组态出各种动态效果。大庆石化公司化肥厂于2002年7月对尿素装置的集散控制系统DCS进行了更新改造，应用美国Honeywell公司的TPS系统进行装置的主体生产控制。二氧化碳压缩工段的压缩机组采用引进的美国压缩机控制公司(ccc)的3+系列调速与防喘振控制系统进行控制。 在DCS更新改造前，原DCS和3+系列调速与防喘振控制系统间相互独立。装置中的压缩工段大约有近20点检测点安装双套仪表，分别提供给两个控制系统，不仅加大了设备投资，而且增加了仪表人员的维护量。DCS更新改造后，对两个系统的通信功能进行了开发，实现了系统间的
42、数据通信，达到系统问数据共享的目的，为实现全装置优化控制创造了条件。3.3.1 压缩机组控制系统和DCS间通讯原理TPS系统，系统配置有4台全局用户站(GUS)、1台工程师站(也是l台GUS)、2台冗余的高性能过程管理站(HPM)、一对冗余的通信模件(NIM)和l台历史模件(HM)等。在TPS系统HPM的功能卡件中有一种串行接口卡(SI)，可提供RS232C和RS484通信接口，支持MODBUS RTU的串行通信协议。这种通信是以主从方式进行的，即规定DCS作为主设备，与其相连的其他设备作为从设备，由主设备定期从从设备采集数据和向从设备发送数据。在通信中，数据的类型有旗标量型、数字型和字符型3
43、种，分别用来表示开关量数据、数字型数据和字符型文本。 二氧化碳压缩机组控制系统由5个控制器设备组成， 每台控制器都有4个串行通讯口，口l和口2用于控制器间的数据通信；口3用于同主设备的通信，即和DCS相连；口4用于和作为组态工作站的上位机相连通信。该系统也支持MODBUS RTU的串行通信协议，并提供了每种控制器各自的MODBUS地址表。TPS系统和3+系列调速与防喘振控制系统采用串行数据通信，通信原理见图1。 图1 TPS系统和3+系列控制系统通信原理图3.3.2 TPS系统SI与 3+系列控制器的通信组态 在SI组态过程中，要定义与之通信的设备的地址；通信协议，232或485；通信的波特率和奇偶校验；传输数据的类型和数量；传输数据的起始地址(按照3+系列控制器MODBUS地址表)等等。根据化肥厂的实际情况，采用RS一485通信协议，波特率设置为19200，共组态了10个用于传输数据的ARRAY点文件。3C控制系统中的5个控制器也需要设定唯一的设备地址；设定与DCS SI相同的波特率、校验位等参数。解开3+系列控制器的读
