★合肥經(jīng)濟技術(shù)職業(yè)學(xué)院洪濱，王吉祥

★夏縣運力化工有限公司孫愛(ài)鴻

1　概述

純硝酸是無(wú)色透明的發(fā)煙液體，一般商品硝酸帶有微黃色，有刺激性氣味，屬一級無(wú)機酸性腐蝕品。硝酸在化工、肥料、醫藥、農藥、化肥、涂料、軍事上有廣泛的用途。目前采用氨氧化法制造硝酸的工藝主要有以下幾類(lèi)：常壓法、加壓法與綜合法。其中綜合法中的雙加壓法硝酸裝置由于氨利用率高、鉑耗低、氨吸收率高、尾氣中的NO_X含量低、熱能回收利用好、裝置自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)成本低、單套裝置規模大、綜合經(jīng)濟性能指標優(yōu)等特點(diǎn)，已成為我國硝酸工藝的主流。各種氨氧化法制造硝酸工藝方法的技術(shù)與經(jīng)濟指標如表1所示。

表1 三種稀硝酸生產(chǎn)工藝的主要技術(shù)經(jīng)濟指標

當前，以雙加壓法生產(chǎn)的硝酸產(chǎn)能可達到254萬(wàn)噸，超過(guò)全國總產(chǎn)量的50％。而由汽輪機、NO壓縮機、空氣壓縮機和尾氣透平組成的“四合一”機組，如圖1所示，則是雙加壓法硝酸裝置的核心設備，其在硝酸裝置總投資中約占50％。

圖1  硝酸“四合一”機組示意圖

過(guò)去我國的硝酸“四合一”機組長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口，嚴重制約了國內硝酸工業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的努力，陜鼓集團打破了國外核心技術(shù)壟斷，實(shí)現了硝酸“四合一”機組的國產(chǎn)化。其機組中的蒸汽透平由杭汽引進(jìn)西門(mén)子技術(shù)生產(chǎn)的成熟機型配套；空氣壓縮機為陜鼓引進(jìn)的蘇爾壽軸流壓縮機專(zhuān)利技術(shù)制造；氧化氮壓縮機為3級離心式壓縮機，是陜鼓本身成熟的機型；透平膨脹機參照國外技術(shù)最新設計。陜鼓的“四合一”機組可開(kāi)發(fā)規模為：15萬(wàn)噸/年（500噸/日）、20萬(wàn)噸/年（670噸/日）、27萬(wàn)噸/年（900噸/日）、36萬(wàn)噸/年（1230噸/日）、45萬(wàn)噸/年（1500噸/日）等各種不同規模的最新雙加壓法硝酸裝置。

值得注意的是“四合一”機組必須協(xié)調一致，但由于各壓縮機對氣體的壓力、流量、溫度變化較敏感，易發(fā)生喘振。專(zhuān)家研究發(fā)現喘振是工作在小流量工況時(shí)發(fā)生的不穩定狀態(tài)，是壓縮機的一種固有現象，具有較大的危害性，是“四合一”機組損壞的主要誘因之一。

2　稀硝酸雙加壓工藝與“四合一”機組

2.1　稀硝酸雙加壓工藝

所謂稀硝雙加壓工藝是指氨的氧化部分采用中壓（0.35～0.6MPa），NO_X的吸收部分采用高壓（1.0～1.5MPa）。該法由空氣中的氧和氨反應生成氧化氮，然后在吸收塔內由水吸收生成60%的稀硝酸。由于其吸收裝置采用較高的壓力，使得容積減少，酸濃度提高，生產(chǎn)強度增大，經(jīng)濟技術(shù)指標達到最優(yōu)化。

圖2 稀硝雙加壓法化工工藝流程圖

圖2為稀硝雙加壓法化工工藝流程圖，其中，1、2為氨蒸發(fā)器，3為輔助氨蒸發(fā)器，4、5為氨過(guò)濾器，6為氨空混合器，7為蒸汽冷凝器，8為汽輪機，9為NO_X壓縮機，10為減速器，11為空氣壓縮機，12為空氣過(guò)濾器，13為尾氣透平，14為氨氧化爐，15為氣泡，16為廢熱鍋爐，17為高溫氣-氣換熱器，18為省煤器，19為低壓水冷器，20為NO_X分離器，21為二次空氣冷卻器，22為尾氣分離器，23為尾氣預熱器，24為高壓水冷器，25為吸收塔，26為漂白塔，27為冷酸器。

雙加壓工藝流程如下：

由界外來(lái)的液氨進(jìn)入氨蒸發(fā)器蒸發(fā)，得到的氣氨經(jīng)過(guò)熱器加熱、氣氨過(guò)濾器除去機械雜質(zhì)后，被送到氨空混合器與空氣混合?？諝饨?jīng)過(guò)濾進(jìn)入壓縮機壓縮后，分成一、二次空氣。一次空氣與氨氣混合后送到氧化爐，經(jīng)分布器均布于催化劑鉑銠合金網(wǎng)上，氧化生成一氧化氮（NO）；NO氣體經(jīng)蒸汽過(guò)熱器及廢熱鍋爐回收能量，再經(jīng)高溫氣-氣換熱器、省煤氣等降溫。隨著(zhù)溫度的降低，混合氣中的N0被氧化為二氧化氮（NO₂）。

NO₂氣體入低壓反應水冷凝器被冷卻產(chǎn)生相當數量的冷凝酸，酸氣混合物被氧化氮分離器分離，冷凝酸被泵送入吸收塔的塔板上；NO₂氣體則與來(lái)自漂白塔的二次空氣混合進(jìn)入氧化氮壓縮機，升壓后經(jīng)尾氣預熱器、高壓反應水冷凝器降溫進(jìn)入吸收塔底部用水進(jìn)行吸收，在塔底得到濃度為60％左右的稀硝酸。稀硝酸被漂白塔底部通入的二次空氣氣提出溶解在酸中的N0₂氣體，再經(jīng)酸冷卻器冷卻后進(jìn)入成品酸槽。

由吸收塔出來(lái)的尾氣進(jìn)入尾氣分離器，分離夾帶的液滴后在換熱器中被二次空氣加熱，然后在尾氣預熱器、高溫氣-氣換熱器中被高壓氧化氮氣體加熱至360℃進(jìn)入尾氣透平膨脹機。

在廢鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)汽水分離器分離后進(jìn)入過(guò)熱器，被加熱至440℃左右，大部分蒸汽供本裝置的蒸汽透平使用，小部分送界區外蒸汽管網(wǎng)。

2.2　硝酸“四合一”機組（如圖3所示）

圖3 基于雙加壓法硝酸“四合一”機組

硝酸“四合一”機組由空氣壓縮機、氧化氮壓縮機、透平膨脹機、蒸汽透平組成。其工作機理是：通過(guò)汽輪機（蒸汽透平）和尾氣膨脹機（尾氣透平）所提供的能量來(lái)驅動(dòng)NO_X壓縮機（離心式壓縮機）和空氣壓縮機（全軸流式壓縮機）做功，四個(gè)機組一體化工作，才能完成稀硝酸工藝的生產(chǎn)任務(wù)。其中“透平”是外來(lái)語(yǔ)Turbine的音譯技術(shù)名稱(chēng)，它泛指具有葉片或葉輪的渦輪機械。通常透平壓縮機和汽輪機、燃氣輪機、水輪機等原動(dòng)機構成透平壓縮機機組。

透平膨脹機是硝酸裝置流程中能量回收的重要設備之一。它利用經(jīng)尾氣反應器處理后的高溫高壓尾氣沖動(dòng)膨脹機葉輪回收部分能量，以減少汽輪機的耗氣量。由于透平膨脹機一級靜葉在熱態(tài)下調節受限，如果控制失靈，極易發(fā)生喘振。

2.3　機組控制系統

“四合一”機組控制系統配置2臺操作站（OS）和1臺工程師站（ES），主機為SIEMENS專(zhuān)用工控機PC5478，采用RAIDl陣列方式實(shí)現冗余硬盤(pán)數據的實(shí)時(shí)備份。系統平臺為英文版Windows XP，并安裝了WinCC監控軟件?？刂普荆ˋS）由一對冗余、容錯的CPU417-4H構成S7-400FH系統，在冗余的PROFIBUSDP總線(xiàn)下掛8個(gè)分布式ET200M從站，其中5個(gè)從站配置標準I/O模塊，另外3個(gè)從站配置F型故障安全模塊，用于機組重要的聯(lián)鎖保護信號使用。通過(guò)CP341模塊分別實(shí)現與BN3500和DCS的MODBUS數據通訊。

圖4 “四合一”機組DCS控制系統界面

如圖4所示，機組的啟/?？刂茖儆谌詣?dòng)的控制模式，啟動(dòng)過(guò)程中除了在怠速期間可以操作暫停/繼續功能鍵外，其它的操作不能進(jìn)行人工干預操作。機組的啟/?？刂朴?～6步序組成，蒸汽透平啟動(dòng)復位前須具備相應的開(kāi)車(chē)條件。蒸汽透平啟動(dòng)后的升速和調速是由系統里的斜坡控制器和速度控制器分階段分別進(jìn)行控制。在現場(chǎng)操作盤(pán)上可對蒸汽透平的啟/停和速度控制進(jìn)行相應的操作。在1～5步序中發(fā)生聯(lián)鎖跳車(chē)保護都會(huì )立即進(jìn)入到6步序中的6～1或6～2中去執行相應的閥門(mén)動(dòng)作，完成系統停車(chē)保護。

“四合一”機組現場(chǎng)控制模塊主要參數如表2所示。

表2 “四合一”機組現場(chǎng)控制模塊主要參數

3　硝酸“四合一”機組安全控制系統

實(shí)現硝酸裝置啟停車(chē)聯(lián)鎖、調速控制、冷凝器液位、各低壓泵、軸流及離心壓縮機靜葉、各調節閥的自動(dòng)調節、防喘振控制、機組儀表目動(dòng)報警及各電機控制、機組啟停車(chē)聯(lián)鎖、油霧電棚、潤滑油加熱器、盤(pán)車(chē)電機的控制是硝酸“四合一”機組安全控制系統的基本要求。

為了使硝酸“四合一”機組控制系統具有較高的安全水準，控制系統做了以下研發(fā)與創(chuàng )新：

（1）獨特的歷史曲線(xiàn)分析技術(shù)（分析方法上的創(chuàng )新）;

（2）具有完善可靠的監測數據采集技術(shù);

（3）獨創(chuàng )的面向機械故障診斷MDBase數據庫（數據庫創(chuàng )新）;

（4）豐富的信號分析技術(shù);

（5）實(shí)時(shí)在線(xiàn)的多窗口譜分析技術(shù)及機組總體狀態(tài)的掃描技術(shù);

（6）各類(lèi)黑盒子數據的譜分析技術(shù);

（7）全自動(dòng)的啟、停機瞬態(tài)響應技術(shù)。

3.1　“四合一”機組防喘振技術(shù)

喘振的發(fā)生是一個(gè)復雜的過(guò)程，既與旋轉脫流形式有關(guān)，又與管網(wǎng)容量及其它一些因素有關(guān)。在喘振的先兆定義上，目前國際上仍然以Moore-Greizer的一維非線(xiàn)性模型為基礎，即式（1）：

其中，U-葉輪出口線(xiàn)速度；α-當地音速；V_p-儲氣容積；L_C-動(dòng)葉的平均直徑；A_C-入口等效面積；B表示了在壓縮機系統的容腔內氣體的壓力和作用在容腔中的內力的比值，它在整個(gè)壓縮機的非穩態(tài)性能上起著(zhù)決定性的作用。

對于任一個(gè)壓縮系統都有一個(gè)臨界的Bcr值，當工況點(diǎn)B＜B_cr值時(shí)，不穩定工況為旋轉失速；當工況點(diǎn)B＞B_cr值時(shí)，不穩定工況為喘振。這一模型在系統穩定性分析失速與喘振的數值模擬和壓縮機動(dòng)態(tài)特性模型構造等方面，己經(jīng)得到了較好應用。影響硝酸“四合一”機組喘振的因素不是單一的，往往是多種因素綜合作用的結果，主要因素如下：

（1）壓縮機轉速變化時(shí)，其性能曲線(xiàn)也將隨之改變：當轉速提高時(shí)，壓縮機葉輪對氣體所做的功將增大，在相同的容積流下，氣體的壓力也增大，性能曲線(xiàn)上移；反之，轉速降低則使性能曲線(xiàn)下移。對應不同轉速，喘振流也不同。

（2）當轉速增大時(shí)，喘振流也增大，隨著(zhù)轉速的增加，喘振界限向大流區移動(dòng)。通過(guò)實(shí)測可得到不同轉速下的喘振點(diǎn)，將這些喘振點(diǎn)連接起來(lái)，就得到一條喘振界限線(xiàn)。

（3）在化工生產(chǎn)中，在工藝條件波動(dòng)的情況下，壓縮機進(jìn)氣溫度、壓力、氣體組分影響分子的變化都會(huì )引起壓縮機性能曲線(xiàn)及喘振點(diǎn)的變化。進(jìn)氣狀態(tài)也是誘發(fā)壓縮機喘振的因素之一。

（4）壓縮機的實(shí)際運行工況遠離設計點(diǎn)，流量小于最小設計值，在葉輪內出現氣流的嚴重旋轉脫離。

（5）與壓縮機聯(lián)合工作的具有一定容的管網(wǎng)的壓力高于壓縮機所能提供的排氣壓力，造成氣體倒流，并產(chǎn)生大幅度的氣流脈動(dòng)。

硝酸“四合一”機組的喘振有以下危害：

（1）由于喘振時(shí)氣流強烈的脈動(dòng)和周期性振蕩，會(huì )使氣體的壓力、流量大幅度地波動(dòng)，破壞工藝系統的安全性和穩定性。

（2）加劇軸承與軸瓦的磨損，破壞潤滑油膜的穩定性，嚴重的會(huì )使支撐瓦和止推瓦塊燒毀。

（3）會(huì )引起動(dòng)靜部件的摩擦，使壓縮機軸承彎曲變形，嚴重的情況下會(huì )使葉輪損壞。

（4）破壞壓縮機軸封裝置，使工藝氣體通過(guò)軸封處的泄漏量增大。

（5）影響與其連接的動(dòng)、靜設備的安全正常運行，破壞機組的測控儀表，嚴重的會(huì )使塔、管線(xiàn)及換熱器損壞。

防喘控制依據機組的機械性能特性及喘振曲線(xiàn)（初始喘振檢測獨立于壓縮機性能曲線(xiàn)），結合式（1）計算公式來(lái)實(shí)現，具有直觀(guān)的人機界面和工作點(diǎn)狀態(tài)，從而使壓縮機工作于最佳工作點(diǎn)，控制系統根據壓縮機入口流量、入口壓力、出口壓力及相應的溫度，利用完善可靠的監測數據采集技術(shù)來(lái)判斷是否發(fā)生喘振。如發(fā)生喘振，則由防喘振控制器的輸出值進(jìn)行調節防喘振控制閥，實(shí)現提前保護，達到防喘振的目的。對于先進(jìn)防喘振系統，使用初始喘振檢測/超馳非常重要，因為它不僅提供確保初始或喘振尖峰條件被檢測到的方法，而且通過(guò)消除內部尖峰函數使備份控制更加容易，它也提高了防喘振控制環(huán)節的響應速度。通過(guò)外部初始喘振和喘振尖峰的調節，防喘振控制系統具有高的防喘振響應速度和操作效率。

3.2　防喘控制方案

針對上述問(wèn)題，對硝酸“四合一”機組的防喘振系統進(jìn)行設計，思路如下：

（1）在WinCC中組態(tài)防喘振控制，同時(shí)做機組控制點(diǎn)畫(huà)面，以實(shí)現對機組狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測。組態(tài)設計原理圖如圖4所示。

利用WinCC的折線(xiàn)函數模塊，對壓縮機的性能曲線(xiàn)采用折線(xiàn)法，我們就可確定壓縮機的安全工作區域，從而可確定機組的防喘振線(xiàn)。以此防喘振線(xiàn)作為設定值，通過(guò)PID模塊來(lái)進(jìn)行調節。

（2）通過(guò)可變增益來(lái)實(shí)現輸出的調節作用。此增益值是可以改變的，來(lái)調節調節閥動(dòng)作的快慢，保證機組能在喘振時(shí)迅速回到正常狀態(tài)。

（3）針對以前的控制信號輸出易使裝置停工的問(wèn)題，設計輸出改為分程控制。當輸出信號在0～35％時(shí)，使小閥打開(kāi)，30％～100％時(shí)火閥打開(kāi)，使風(fēng)量不至于防空過(guò)量。

圖5 “四合一”機組防喘控制曲線(xiàn)

圖5中，折線(xiàn)l（紅線(xiàn)部分）是機組的喘振線(xiàn)，折線(xiàn)2（綠線(xiàn)部分）是機組的安全線(xiàn)或防喘振線(xiàn)，藍線(xiàn)中的點(diǎn)即為機組當前的工作點(diǎn)。該工作點(diǎn)構成的控制線(xiàn)在折線(xiàn)2的右方時(shí)，可認為機組處于正常狀態(tài)；處于折線(xiàn)2的左方、折線(xiàn)l的右方時(shí)，機組處于臨界狀態(tài)；處于折線(xiàn)l的左方，可認為機組已發(fā)生喘振。這樣，機組的實(shí)時(shí)狀態(tài)就可以一目了然了。

4　基于WinCC的硝酸“四合一”機組安全控制系統

該控制系統將防喘振控制切入該系統中，根據工作點(diǎn)的運行情況，結合防喘振線(xiàn)，可實(shí)時(shí)控制喘振閥的動(dòng)作，具有對喘振線(xiàn)的溫度補償、閥門(mén)的快開(kāi)慢關(guān)、自學(xué)習、報警等一系列功能，實(shí)時(shí)保護機組的正常運行，同時(shí)根據工藝情況實(shí)現跳車(chē)控制。監控系統實(shí)現機組氣路系統、油系統、冷凝系統、軸系統的實(shí)時(shí)監控。一次表在線(xiàn)修改量程、報警值、機組啟停車(chē)聯(lián)鎖的實(shí)時(shí)監測、工作點(diǎn)的實(shí)時(shí)監控、各泵的手自動(dòng)控制、各檢測點(diǎn)的歷史趨勢、報警、EXCEL日報表生成功能、操作員在線(xiàn)對各調節閥的調節。

該控制系統允許對每個(gè)應用的需求從防喘振到完全的性能控制（負荷能力、負載分配、去耦）進(jìn)行組態(tài)?；赪inCC，我們開(kāi)發(fā)出“四合一”機組態(tài)防喘振控制技術(shù)及其啟動(dòng)-暖機-加速-運行-超速試驗-停車(chē)的順序控制方案，并能結合現場(chǎng)流行的英國ICS、美國GE和德國SIEMENS等公司的自動(dòng)化產(chǎn)品。從單點(diǎn)I/O控制到三重化，安全等級從SlL-1到SlL-3，真正實(shí)現了“四合一”機組的集成控制（ITCC），“四合一”機組的性能控制更為優(yōu)化。

圖6 基于WinCC防喘控制組態(tài)設計流程

4.1　控制功能描述

硝酸“四合一”機組安全控制系統，下位機系統使用西門(mén)子S7-400PLC完成現場(chǎng)設備監測、數據處理；上位機系統采用西門(mén)子WinCCV5.1平臺實(shí)現對現場(chǎng)數據可視化的監控。該系統上位機采用客戶(hù)機服務(wù)器的體系結構，WinCC服務(wù)器負責從下位機采集、處理和存儲數據；客戶(hù)機從服務(wù)器上共享/訪(fǎng)問(wèn)數據庫，并進(jìn)行數據的組態(tài)和運行監控，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )將PLC控制器實(shí)時(shí)采集的數據進(jìn)行各種處理，在上位機的顯示器畫(huà)面上顯示。PLC控制系統根據操作工從HM1、控制開(kāi)關(guān)、按鈕的指令信號，進(jìn)行現場(chǎng)設備控制。位于操作室和PLC室的WinCC操作站和WinCC服務(wù)器用于工藝控制，它們之間的通信將通過(guò)開(kāi)放、交換式的快速以太網(wǎng)實(shí)現。來(lái)自現場(chǎng)的執行機構和傳感器的信號被采集到相關(guān)的RI/O站，通過(guò)開(kāi)放的PROFIBUSDP網(wǎng)送至PLC控制系統。幾乎所有的操作都通過(guò)WinCC操作站的顯示器、鼠標和鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現。

組態(tài)設計流程的延時(shí)動(dòng)作是指防喘振控制閥FV-40270、FV-50270提前2秒先打開(kāi)放空，其余聯(lián)鎖閥再動(dòng)作，以更好地保護機組實(shí)現平穩停車(chē)。其停車(chē)信號主要包括以下現場(chǎng)控制模塊：

（1）潤滑油壓PALL-10383（3選2）;

（2）透平出口壓力PAHH-20510（3選2）;

（3）透平出口溫度TAHH-20510（3選2）;

（4）BN3500的振動(dòng)跳車(chē)信號（N選1）;

（5）透平末級保護信號;

（6）工藝停車(chē)信號ESD-31000;

（7）防倒流保護信號FALL-50209（3選2）;

（8）MFC速度控制故障;

（9）PCV20205運行故障。

4.2　軟件配置

自動(dòng)化控制系統軟件采用西門(mén)子公司的PCS 7 V5.2軟件包，PLC控制系統軟件采用STEP7V5.2版本編程，HMl監控系統采用WinCC V5.1版本編程，HM1服務(wù)器采用英文Windows2000 Server操作系統，HMl操作站都是采用英文Windows 2000 Professional操作系統。WinCCV5.1中Sybase SQLAnywhere數據庫運行于服務(wù)器上，存儲在實(shí)時(shí)數據庫中的數據，可以通過(guò)多臺HMIClient實(shí)現數據實(shí)時(shí)交換。作為Client/Server結構，HM1上監控的數據全部通過(guò)服務(wù)器提交查詢(xún)、修改等指令，通過(guò)光纖以太網(wǎng)再傳送至PLC，完成對現場(chǎng)設備的在線(xiàn)監控與操作。

WinCC作為HM1軟件系統，它將工廠(chǎng)控制軟件真正集成進(jìn)自動(dòng)化過(guò)程中。WinCC用戶(hù)友好組件允許應用程序的無(wú)錯誤集成。WinCC，一個(gè)過(guò)程可視化應用程序能夠使用戶(hù)方便地觀(guān)察自動(dòng)控制過(guò)程的全部特征。WinCC將Windows應用程序的體系結構和便于使用的圖形設計程序結合起來(lái)。WinCC包括用于解決過(guò)程監控和控制任務(wù)的所有元素：

（1）WinCC項目工程環(huán)境

·圖形-設計工廠(chǎng)現場(chǎng)；

·歸檔-將帶時(shí)間標識的數據/事件存儲到SQL數據庫；

·報表編輯器-為要求的數據產(chǎn)生報表；

·數據管理器-定義并采集現場(chǎng)數據。

（2）WinCC運行系統允許操作員與機械運行相互作用

（3）HMl的編程工具WinCC具有可擴充性、開(kāi)放性

·基于客戶(hù)機/服務(wù)器模式；

·從簡(jiǎn)單到復雜的任務(wù)擴充；

·集成ODBC/SQL數據庫；

·強大的標準接口（如OPC、OLE、ActiveX）；

·通用的腳本語(yǔ)言ANSIC；

·針對所有主要PLC廠(chǎng)商的通信接口。

4.3　防喘振控制算法參數

·進(jìn)口流量測量差壓API（FT-50209D，0～15kPa）;

·壓縮機排氣壓力P2（PT-50229，0～0.6MPag）;

·入口導葉位置反饋（ZT-50285，150N7501）;

·喘振報警線(xiàn)，即圖5中的折線(xiàn)2（設置報警值C1，5％）;

·喘振響應線(xiàn)（無(wú)）;

·喘振跳車(chē)線(xiàn)，即圖5中的折線(xiàn)1（設置跳車(chē)值C2，0％）;

·實(shí)際喘振線(xiàn)，即圖5中的控制線(xiàn)（現場(chǎng)實(shí)測）。

4.4　組態(tài)邏輯圖

監控部分采用SIEMENS的WinCC組態(tài)軟件，利用其功能模塊可以實(shí)現防喘振控制。其邏輯圖如圖7所示。

圖7 WinCC組態(tài)設計簡(jiǎn)圖

圖7中，FUNC-VAR模塊：折線(xiàn)函數模塊，利用給定的點(diǎn)繪出一段折線(xiàn)；PID模塊：PID調節器模塊，對給定的參數進(jìn)行PID調節；CALCU模塊：計算模塊，可以進(jìn)行編程和計算的模塊；SPLIT模塊：分程模塊，對輸出進(jìn)行分程。

在邏輯圖中，先根據喉部差壓及機組的性能曲線(xiàn)由FUNCVAR模塊來(lái)確定機組的喘振折線(xiàn)，經(jīng)過(guò)CALCU模塊進(jìn)行偏置后，確定機組的防喘振曲線(xiàn)。偏置函數為CPV=BICLINE3.CPV*（1-P01），式中B1CLINE3為喘振線(xiàn)，P01為偏置數。以防喘振線(xiàn)的值為設定值，以主風(fēng)出口壓力為測量值，進(jìn)行PID調節。

PID調節器BICll05的輸出信號進(jìn)CAL07模塊進(jìn)行高選的計算，以實(shí)現自動(dòng)和手動(dòng)的切換，并可保證機組的安全，防止誤操作。

4.5　組態(tài)程序

其程序如下：

4.5.1　高選程序

IF（BICll05.MV>HCll05.MV）THEN

CPVl=BICll05.MV

ELSE

CPVl_HCll05.MV

ENDIF

4.5.2　調節閥快開(kāi)慢關(guān)程序

CPV2=CPVl-P01

IF（CPV2<=-0.1）THEN

CPV=P01-0.1比較輸出與當前閥位的差值，以判斷閥是關(guān)是開(kāi)

ELSEIF（CPV2>=75）THEN

CPV=P01+75

ELSE

CPV=CPVl

ENDIF

P01=CPV

IF（{BIC1105AB.MODE.AuT}）THEN

{BICll05AB.MODECAS}=1

ENDIF

其中，P01用來(lái)保存前-周期的閥位輸出值。

4.5.3　可變增益程序

此外，還要增加可變增益實(shí)現根據輸入與給定的偏差大小調節控制作用的強弱，以保證機組在接近喘振狀態(tài)時(shí)能加大調節幅度，遠離喘振區。在遠離喘振區時(shí)，可降低調節幅度，保持機組的平穩運行。

先由函數CPV=B1C1105DV*100/BICll05.SH+48.0確定可變增益的折線(xiàn)函數BINLINE4，再編寫(xiě)可變增益的程序如下：

Al=BICLINE4.CPV/l00.0+0.999

IF（P01=0）THEN

A2=BICll05.P

ENDIF

IF（A）>1.0)THEN

BICll05.P=A2/（BICLINE4.CPV*0.04+1.0）通過(guò)修改調節器的比例度改變調節器作用

P0l=1

ELSE

BIC1105.P=A2

P0l=0

ENDIF

程序中，P01=1表示增益增大了，P01=0表示原始增益，程序初始化時(shí)將它置為0。這樣，我們就利用WinCC的功能模塊實(shí)現了對機組的防喘振控制。

5　結束語(yǔ)

硝酸“四合一”機組安全控制系統的建構，降低了整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)操作故障率與操作工地勞動(dòng)強度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。由于該機組自動(dòng)化水平較高，使得整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)只需5個(gè)操作工負責操作和生產(chǎn)。目前該系統已調試完成，運行穩定。

★基金項目：教育部學(xué)徒制教指委項目（2023kt138）。

作者簡(jiǎn)介：

洪　濱（1962-），男，合肥巢縣人，高級工程師，教授，現就職于合肥經(jīng)濟技術(shù)職業(yè)學(xué)院，研究方向為工業(yè)電氣與自控系統設計、新能源與智能制造技術(shù)開(kāi)發(fā)。

王吉祥（1990-），男安徽宿州人，碩士，現就職于合肥經(jīng)濟技術(shù)職業(yè)學(xué)院，研究方向為工業(yè)機器人技術(shù)。

孫愛(ài)鴻（1967-），女，安徽淮南人，高級工程師，現就職于夏縣運力化工有限公司，研究方向為化工工藝與工程安全。

參考文獻：

[1] 西安交大透平壓縮機教研室. 透平壓縮機測試技術(shù)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1982.

[2] 李連生. 壓縮機技術(shù)研究進(jìn)展及其應用[J]. GM通用機械, 2016 (9) : 20 - 26.

[3] 聶超群. 壓縮機旋轉失速先兆[D]. 北京: 北京航空航天大學(xué), 1996.

[4] 余勇. 離心壓縮機喘振主動(dòng)控制理論?；c喘振先兆的實(shí)驗研究[D]. 西安: 西安交通大學(xué), 1997.

[5] 聶超群. 喘振主動(dòng)控制模式的研究[J]. 工程熱物理學(xué)報, 1996 (l7) : 423 - 427.

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年9月刊