基于GE FANUC GMR系統(tǒng)的軸流風(fēng)機(jī)防喘振控制
應(yīng)用天津市協(xié)力自動(dòng)化工程有限公司，利用 GE/FANUC 公司-GMR 系統(tǒng)，在中國石油天然氣總公司長慶石化分公司重油催化軸流風(fēng)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)軸流風(fēng)機(jī)防喘振控制,氣輪機(jī)調(diào)速控制;軸系儀表震動(dòng)檢測報(bào)警;潤滑油、密封油控制系統(tǒng);軸流機(jī)組啟動(dòng)/停車保護(hù)。自動(dòng)防喘振控制及調(diào)速控制技術(shù)方案的成功實(shí)施,證實(shí)了 GMR 系統(tǒng)非常適合于大型軸流式壓縮機(jī)組 ITCC 控制系統(tǒng)項(xiàng)目.
要求本項(xiàng)目中采用的軸流式壓縮機(jī)組入口為大氣，所以防喘振控制閥不是控制回流量，而是放空（大氣）。其次防喘振線的作用，一方面防止機(jī)組喘振，另一方面防止壓縮機(jī)由于壓力過高造成設(shè)備損壞。所以風(fēng)機(jī)喘振線/防喘振線考慮的是二者綜合性試驗(yàn)結(jié)果。風(fēng)機(jī)
喘振線與防喘振線之間裕度一般設(shè)為（5~7%）。
風(fēng)機(jī)喘振線數(shù)據(jù)，一般由機(jī)組廠家或設(shè)計(jì)院提供，最可靠的方法還是由機(jī)組廠家，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)實(shí)測結(jié)果及機(jī)組能承受壓力的能力，給出風(fēng)機(jī)喘振線綜合數(shù)據(jù)結(jié)果。
根據(jù)機(jī)組廠家實(shí)測后給出的綜合喘振線數(shù)據(jù)，利用 GE FANUC 公司，Logicmaster90-70（簡稱 LM90）組態(tài)軟件及上位 HMI CIMPLICITY 6.10（簡稱 HMI）軟件，做出喘振線（兩點(diǎn)變量連成線段）和防喘振線。喘振線方法是采用的多段折線連接形成一條曲線，見《圖 1、一個(gè)折線段示意圖》
圖 1、一個(gè)折線段示意圖基本公式：Y=aX+b
其中：
a 為斜率
b 為截距
X 為 X 坐標(biāo)
Y 為 Y 坐標(biāo)
解決方案ITCC系統(tǒng)架構(gòu)GE FANUC GMR 系統(tǒng)配置：三個(gè)主機(jī)架 BACK(分別有電源模塊 PS，GMR CPU模塊，90-70 總線控制器 GBC，MODBUS 通訊模塊)，一個(gè)工程師站，兩個(gè)操作站，分別安裝 GMR 軟件和編程軟件及上位 HMI 軟件，輸入/輸出采用三重化結(jié)構(gòu)（三個(gè)獨(dú)立Genius 模塊），并配接協(xié)力自主研發(fā)的 INPUT/OUTPUT TERMINAL 及轉(zhuǎn)速監(jiān)測接口模塊，組成帶外回路自診斷；；模擬量輸出三重化配置。ITCC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下，見圖2、GE FANUC 公司 GMR 系統(tǒng)示意圖。
(1) 管理層:工程師站
(2) 控制層:汽機(jī)控制站（操作站１）
(3) 保護(hù)層: 機(jī)組轉(zhuǎn)速控制、保護(hù)、啟、停操作（操作站２）。
圖 2、GE FANUC 公司 GMR 系統(tǒng)示意圖 4、系統(tǒng)功能以往的繼電器聯(lián)鎖方式無法提供形象的信息給操作人員，只能在出現(xiàn)故障后把相關(guān)的連鎖點(diǎn)都檢查一遍，處理時(shí)間長，影響生產(chǎn)進(jìn)程，對隱含故障點(diǎn)無法判斷?，F(xiàn)采用 GMR控制及安全保護(hù)系統(tǒng)則避免了上述問題，還可同時(shí)增加打印功能，完善系統(tǒng)，符合國際安
全標(biāo)準(zhǔn) SIL-3 的安全級別。具體功能如下所述:
(1) 軸流式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速控制保護(hù)功能
a. 當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過 10%時(shí)，同時(shí)操作面板提示汽機(jī)超速，并提醒操作人員進(jìn)行檢查超速原因;當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過 12%時(shí)，操作面板再次提示汽機(jī)超速，并提示操作人員通知技術(shù)人員進(jìn)行檢修維護(hù)，技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況確定是否停機(jī)或超速運(yùn)行;當(dāng)轉(zhuǎn)速超過15%時(shí)，汽輪機(jī)自行逐步減速，同時(shí)提示減速原因，1 小時(shí)后汽輪機(jī)停機(jī)，同時(shí)操作面板上顯示汽機(jī)超速停機(jī)，打印機(jī)打印出停機(jī)原因:汽機(jī)超速停機(jī)。
b. 當(dāng)汽輪機(jī)軸向位移大于Ⅰ值(安全臨界值)時(shí)，報(bào)警并提醒操作人員與同技術(shù)人員進(jìn)行檢查超速原因;當(dāng)汽輪機(jī)軸向位移大于Ⅱ值(安全隱患發(fā)生臨界值)時(shí)，1 小時(shí)后停機(jī)。同時(shí)操作面板上顯示原因，打印機(jī)打出停機(jī)原因:軸向位移大停機(jī)。
c. 當(dāng)潤滑油壓低于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警并提醒操作人員與同技術(shù)人員進(jìn)行檢查超速原因;當(dāng)潤滑油壓低于Ⅱ值時(shí)，啟動(dòng)交流油泵;當(dāng)潤滑油壓低于Ⅲ值(絕對危險(xiǎn)臨界值)時(shí)，停機(jī)。同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:潤滑油壓低停機(jī)。當(dāng)潤滑油壓低于Ⅵ值
(設(shè)備損壞臨界值)時(shí)，停盤車。
d. 當(dāng)軸承油溫高于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警并啟動(dòng)油溫冷卻系統(tǒng);當(dāng)軸承油溫高于Ⅱ值時(shí)，1 小時(shí)后停機(jī);同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:軸承回油溫度高停機(jī)。
e. 當(dāng)軸承軸瓦溫度高于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警并啟動(dòng)油溫冷卻系統(tǒng);當(dāng)軸承軸瓦溫度高于Ⅱ值時(shí)警報(bào)連續(xù)提示，停機(jī);同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:軸承軸瓦溫度高停機(jī)。
f. 當(dāng)電氣送來發(fā)電機(jī)故障信號時(shí)，停機(jī);同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:發(fā)電機(jī)故障停機(jī)。
g. 當(dāng)主汽溫度低于Ⅰ值時(shí)，報(bào)警;當(dāng)主汽溫度低于Ⅱ值時(shí)停機(jī)，同時(shí)操作面板顯示停機(jī)原因，打印機(jī)打印停機(jī)原因:主汽溫度低停機(jī)。
(2) 記憶功能 在自動(dòng)主汽門跳閘后，由操作面板顯示出導(dǎo)致首次動(dòng)作原因，以便于進(jìn)行事故分析。
(3) 保護(hù)投退功能 在操作盤上設(shè)置保護(hù)投退開關(guān)，以便運(yùn)行人員和檢修人員試驗(yàn)和維修，防止在試驗(yàn)或維修過程中，以及汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，由于某個(gè)條件不滿足而引起的系統(tǒng)誤動(dòng)作。
(4) 打印功能 系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)打印保護(hù)投退開關(guān)的投退時(shí)間及內(nèi)容、所有保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間和內(nèi)容。
5、機(jī)組防喘振控制采用方法為最常用的多段折線連接形成一條折線曲線的方法。實(shí)現(xiàn)的防喘振基本功能有：喘振線、防喘振線、喘振裕度（5%），防喘振線自動(dòng)下移線（一次 2%，最多 5 次），自動(dòng)/部分/手動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)機(jī)組 喘振自動(dòng)控制.
6、汽輪機(jī)組電子調(diào)速控制。實(shí)現(xiàn)機(jī)組起動(dòng)條件控制邏輯；暖機(jī)；臨界轉(zhuǎn)速控制；恒速控制；超負(fù)荷補(bǔ)償控制；防飛動(dòng)剎車控制功能。
風(fēng)機(jī)防喘振實(shí)例，見《圖 3、防喘振曲線及控制參數(shù)畫面》。
圖 3、防喘振曲線及控制參數(shù)畫面防喘振控制功能的實(shí)現(xiàn)防喘振基本功能：
功能開發(fā)是基于 GE FANUC 公司 GMR 系統(tǒng)，見《圖 2、GE FANUC 公司 GMR 系統(tǒng)示意圖》。
根據(jù)基本公式 Y=aX+b 分別找出 5 段喘振曲線（共 6 個(gè)點(diǎn)連成的折線曲線）兩點(diǎn)之間斜率 a、截距 b 的函數(shù)關(guān)系。采用 GE FANUC 公司開發(fā)軟件，LM90 組態(tài)編程。只要輸入連接成折線曲線的 6 個(gè)點(diǎn) X、Y 坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，就可以在上位畫面 HMI 上，顯示相應(yīng)點(diǎn)連
成的折線曲線，見圖 3、喘振線（紅色）。在喘振線基礎(chǔ)上，下移 5%（稱為裕度），形成防喘振線（綠色）。當(dāng)動(dòng)態(tài)點(diǎn)（中間的十字叉）坐標(biāo)，X 坐標(biāo)為喉部差壓，Y 坐標(biāo)為出口壓力，接近到喘振線（紅色）時(shí)，自動(dòng)下移 2%形成一條喘振下移線（藍(lán)色），一般喘
振一次下移 2%，最多 5 次，同時(shí)產(chǎn)生“喘振標(biāo)志”信號（圖 3 右邊祿燈變成紅燈），并記錄喘振下移次數(shù)及喘振累計(jì)次數(shù)。當(dāng)動(dòng)態(tài)點(diǎn)恢復(fù)正常后（防喘振線下面為正常工作區(qū)），經(jīng)檢查如果不是機(jī)器性能產(chǎn)生變化，而是儀表故障造成，可以在 HMI 畫面上，按
下移線復(fù)位按鈕，使防喘振線（綠色）與喘振下移線（藍(lán)色）重合，只顯示防喘振線（綠色），同時(shí)喘振下移次數(shù)清零，喘振累計(jì)次數(shù)不變。
自動(dòng)/部分/手動(dòng)切換，見《圖 4、防喘振調(diào)節(jié)流程圖》：
自動(dòng)位置時(shí)，防喘振調(diào)節(jié)為純自動(dòng)調(diào)節(jié)，PID 調(diào)節(jié)控制；
部分位置時(shí)，正常手動(dòng)輸出，當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)，喘振調(diào)節(jié)控制優(yōu)先手動(dòng)；
手動(dòng)位置時(shí)，防喘振調(diào)節(jié)為純手動(dòng)控制。
調(diào)節(jié)器輸出分程放大：
調(diào)節(jié)器輸出 0~100%分程為 0~50%，50%~100%對應(yīng)輸出 4~12 mA，
12~20 mA，需要分別放大到 20~160mA。模擬量采用天津協(xié)力開發(fā)的三重化 I/O 接口板實(shí)現(xiàn).
圖 4、防喘振調(diào)節(jié)流程圖 益處通過 GE FANUC 公司-GMR 系統(tǒng)的實(shí)施，軸流風(fēng)機(jī)防喘振控制在 GE FANUC 公司-GMR 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了一個(gè)新的高度。同時(shí)，天津市協(xié)力自動(dòng)化工程有限公司在 GMR系統(tǒng)中開發(fā)的軸流風(fēng)機(jī)防喘振控制的實(shí)施和投運(yùn)，充分顯示出來的技術(shù)水準(zhǔn)和 GEFANUC GMR 軟件系統(tǒng)的控制能力，保證了 ITCC 系統(tǒng)的功能性和可操作性。 此系統(tǒng)使
軸流風(fēng)機(jī)防喘振控制執(zhí)行準(zhǔn)確性，防止了機(jī)組喘振發(fā)生，主要功能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，防喘振控制功能能夠滿足工藝及生產(chǎn)需要。系統(tǒng)驗(yàn)收后，安全平穩(wěn)運(yùn)行一年多,受到用戶一致好評。
2006-08-21
