一种最新的压缩机防喘振软保护控制系统

作者：曹建国  

压缩机是制浆造纸过程中的常见设备，广泛应用于水池防结冰、轧辊上料、压制纸品、驱动离合器、气动控制、流浆箱加压与拆除、真空干燥等过程。运行过程中，当负荷低于某一定值时，压缩机会发生喘振现象，发出周期性的噪声，随之，机身剧烈震动，并带动所连接的管网系统和造纸生产设备、厂房强烈震动，如不及时采取措施，压缩机将受到严重破坏；另外，若吸入罐压力过低，则吸入罐会被吸瘪，因此，本文提出一种压缩机防喘振软保护控制系统——选择性控制系统，即吸入罐压力和压缩机入口流量采取选择性控制方案，可实现在控制吸入罐压力的同时，有效地防止压缩机的喘振而不影响造纸生产的正常进行，克服了硬保护系统造成停车的弊端[ 1] 。

1控制系统的组成

1.1控制系统结构

为防止吸入罐压力过低被吸瘪和压缩机喘振，又不造成设备停车，可采用选择性控制方案。该控制方案由正常控制回路和取代控制回路组成，正常控制回路控制吸人罐压力，取代控制回路控制压缩机人口流量，由选择器进行两个回路的切换。压缩机防喘振软保护控制系统流程图如图1所示，其相应的方框图如图2所示。

1.2控制设备选型

控制系统所需控制设备包括1个控制阀、1个压力检测变送器、1个流量检测变送器、2个控制器和1个选择器。   

 控制阀选用某公司生产的气动薄膜调节阀，它适用于恶劣情况下的远程控制，符合最新国际规范，具有性能高、可靠性强等特点。控制阀安装连接方式采用法兰连接，阀体材料为WCB、CF8、CF8M，阀芯材料为SS316，密封材料为PTFE特殊高温材料，填料采用PTFE柔性石墨，垫片为不锈钢一石墨缠绕、强化聚四氟乙烯、软金属，可配附件包括手动涡轮、防爆回讯器、定位器，该控制阀适用于造纸生产过程中[2-3] 。

    压力检测变送器选用JCJ800F智能型压力变送器，它可将压力变化转化为线性的电流或电压信号；采用HART通信，该变送器具有通信和自诊断功能，用户利用手持终端或现场总线系统远距离传输、读取、显示和输入变送器的全部工作信息和附加信息。另外，该变送器还具有反向极性和限流保护、激光调阻温度补偿、测量范围宽、抗腐蚀等特点，适于造纸生产流浆介质。该变送器过载及抗干扰能力强，性能稳定；表头设计独特显示，可以选配模拟、数字显示表头；零点和满量程可通过手操器调节，量程迁移范围宽。

    流量检测变送器选用KVZ智能孔板流量计，由测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器组成。孔板流量计节流装置与差压变送器配套使用，可测量液体、蒸汽、气体的流量，智能孔板流量计是集流量、温度、压力检测功能于一体，能进行温度、压力自动补偿的新一代流量计。该孔板流量计采用先进的微机技术与微功耗新技术，具有功能强、结构紧凑、操作简单、使用方便、安装无须引压管、可直接接差压变送器和压力变送器等优点。其采用进口单晶硅智能差压传感器，精度高、自诊断功能完善，其量程可自编程调整，同时显示累计流量、瞬时流量、压力、温度。

    控制器选用XMT626系列智能调节仪，该调节仪热电阻、热电偶、模拟量等19种信号自由输入，显示量程自由设定，精确调整零点；采用智能控制理论和传统PID控制相结合的方式，具有高精度的自整定功能，使控制过程具有响应快、超调小、稳态精度高等优点，对常规PID难以控制的大滞后对象有明显的控制效果=该调节仪采用WATCHDOG电路、软件陷阱与冗余、掉电保护、数字滤波等技术，使仪表的整体抗干扰能力大大提高；输出接口采用模块化设计，功能配置方便灵活，新增多种故障控制策略，使过程控制更加安全=该控制器具有报警继电器上电抑制功能，可消除仪表在上电时继电器的扰动；具有自动与手动之间无扰动切换功能；具有PID上电缓启动功能；显示方式采用双排满四位LED数码管显示。

    选择器选用DIN ISO C-P-O-S系列模拟信号超驰控制器，主要由多路高隔离DC/DC电源、信号比较器、信号隔离放大与变换电路组成，是一种高、低模拟信号选择控制器。该选择器可将两路输入的模拟信号进行比较，并按设定要求选择出其中的高信号或低信号（高选或低选），然后将选出信号进行隔离放大转换，特别适用于两路模拟信号的比较、控制。

2控制系统的实施

2.1控制阀气开、气关形式的确定

    控制阀的气开、气关形式对工艺生产的安全至关重要，选择的原则是：如果输入到气动执行器的气压信号由于某种原因（如气源故障、堵塞、泄漏等）而中断时，应先保证设备和操作人员的安全。气源中断时，为防止吸人罐被吸瘪和防止压缩机喘振，控制阀应选气关式，即当失去气源时，控制阀将处于全开状态，保证气体返回通道畅通，可有效防止设备和操作人员人身安全事故。

2.2控制器控制规律和正反作用的确定

    控制器有压力控制器和流量控制器两个，为消除 系统余差，需引入积分控制规律，因此，两个控制器 控制规律选择PI控制规律。

确定控制器作用方向的依据是使控制系统构成具 有被控变量负反馈的闭环系统，即4个环节放大倍数 的乘积应为负值。本系统中，有两个控制回路：正常控制回路（压力控制回路）和取代控制回路（流量控制回路）。在压力控制回路中，被控对象作用方向为正；控制阀为气关式，作用方向为负；由于检测变送器作用方向为正，因此，为保证回路构成负反馈，压力控制器的作用方向应为正，即压力控制器选择正作用方式。在流量控制回路中，被控对象作用方向为正；控制阀为气关式，作用方向为负；由于检测变送器作用方向为正，因此，为保证回路构成负反馈，流量控制器的作用方向亦应为正，即流量控制器选择正作用方式：因此，不管是压力控制回路还是流量控制回路，都需要控制器为正作用方式[4] 。

2.3选择器类型的确定

    当压缩机进口流量过低时会发生喘振现象，所以要求选择器在此时应选压缩机进口流量控制回路，又因为流量控制器为正作用方式，因此，选择器的类型应为低选。

2.4控制系统防积分饱和措施

    由于选择性控制系统中总有一台控制器处于开环状态，因此易产生积分饱和，积分饱和现象使控制器不能及时反向动作而暂时丧失控制功能，而且必须经过一段时间后才能恢复控制功能，这将给安全生产带来严重影响。

控制系统防积分饱和选择外反馈法，如图3所示。积分外反馈信号取自选择器的输出信号，当其中一个控制器处于工作状态时，选择器输出信号等于它自身的输出信号，而这个信号就成为另一个控制器的外部积分反馈信号，备用控制器不存在对自身偏差的积累而带来的积分饱和问题。当系统稳定时，积分项为一常数，调节器仅具有比例作用。所以，处于备用开环状态的调节器不会产生积分饱和。根据生产工况情况，备用调节器的输出又被选中时，其输出引入积分环节，立即恢复PI控制规律，投入系统运行[5] 。

2.5控制系统工作过程

    当压缩机入口流量高于喘振下限值时，选择器选通吸人罐压力信号，压力控制回路正常工作，使吸人罐压力稳定，流量控制回路不工作；一旦压缩机入口流量到达喘振下限值，则选择器会选通压缩机入口流量，流量控制回路正常工作，压力控制回路暂不工作，使压缩机人口流量回升，有效防止喘振。

3结语

压缩机防喘振软保护控制系统具有吸入罐压力和压缩机人口流量两个控制回路，通过低选器实现回路之间的切换，在控制吸入罐压力的同时，保证压缩机人口流量不低于喘振下限，解决了吸入罐压力过低被吸瘪和压缩机喘振的双重问题，更重要的是，不需要生产设备停车，较硬保护系统经济实用，提高了造纸生产效率。

4摘要：

针对造纸生产过程中压缩机的特殊要求，采用选择性控制系统，通过低选器实现吸入罐压力和压缩机人口流量两个控制回路的切换，有效地解决了吸入罐被吸瘪和压缩机的喘振现象，控制过程中生产设备不停车，克服了硬保护系统的弊端。