和利时T880控制系统在多级组装式压缩机组的应用研究

摘 要：本文简要介绍了多级组装式压缩机组特点，在满足压缩机在工艺流程中的重要性和高可靠性控制要求的情况下，国产T880控制器继承和延续了三重化冗余的先进设计理念，为国产三冗余系统在组装式压缩机组控制上的应用提供参考和借鉴。

关键词：三冗余；控制功能；转速控制；防喘振

1 概述

近年来随着我国冶金、石油、化工等领域不断新建、改扩建项目，由于工业现场环境的不定因素及生产工艺的复杂性比较高，对于大型压缩机组及其控制系统的抗干扰性、稳定性、实时性、可靠性及安全性都有着越来越高的要求。

2 多级组装式离心压缩机组特点

本项目我公司设计制造的SVK8-4H氮气压缩机组使用的装置为新能能源有限公司 20万吨/年稳定轻烃项目 LNG装置。本装置以煤气化制取的原料气进行深冷液化分离，得到产品 LNG。工艺装置主要包括深冷分离、制冷剂罐区、LNG储罐、LNG装车站等。上述的氮气压缩机用于 LNG装置深冷分离。而深冷分离是整个LNG装置的核心工段。SVK8-4H是由汽轮机驱动的整体齿式多级组装式压缩机组。由于机组的结构特点和作为深冷分离的核心工段，机组有其突出的重要性，本项目采用国产和利时T880系列控制器，CPU、输入输出卡均采用三重模块冗余架构，保证机组的高可靠性、稳定性控制要求。

3 和利时T880控制系统配置特色

3.1 三冗余的前端控制器

本项目系统设置3个ETM281智能前端控制器。3个模块通过连接器与专用机笼 ETM100的底板以及对应端子模块相连接，完成对现场模拟量和开关量信号的采集；进行快速的数据交换、数据处理、输入数据表决、逻辑运算、输出数据表决等；再将结果以模拟量和开关量信号形式输出到现场。

ETM281智能前端控制器采用三重模块冗余（TMR）架构，即 3个 ETM281模块组成冗余的三系；具有独立的固定控制周期，冗余的三系控制器之间在每个控制周期内同步运行；3 系冗余工作时，工作模式为 3-2-1-0，自动升降级。ETM281是智能控制器模块，具有单套（3系）独立组态功能，在无外部通信情况下，也可独立完成控制逻辑，适用于压缩机防喘振控制、高端汽轮机转速控制等高可靠性要求的应用场合。ETM281 智能前端控制器能满足压缩机组控制系统对安全性、可靠性、快速性的高要求，可保证压缩机组的平稳、安全运行。

3.2 I/O模块的三重化结构

3个主控制器构成三冗余结构同步运行，每个I/O模块中配置了3套I/O物理通道构成三重化结构。三重化的I/O通道均对应同一个端子模块。正常工作时，三重化的AI和DI模块分别通过端子模块对现场传感器信号进行采集，并将结果送给控制器。三重化的控制器交换输入数据并分别进行2oo3表决，然后使用表决后的数据分别进行运算。三重化的控制器再次交换运算结果，并再次分别进行2oo3表决。表决结果被分別输出到三重化的DO模块。DO模块三重化的通道再次进行2oo3表决后，通过端子模块输出到现场执行设备。

4 本项目机组实现的控制功能

本项目控制系统可以实现SVK8-4H机组（包括油路系统、气路系统、轴系系统、汽轮机等）的参数显示、报警、控制、调节及联锁逻辑保护功能，主要包括以下内容：

4.1 汽轮机转速控制

本项目驱动汽轮机设置有6路转速，其中1路转速做就地转速显示，其余5路用于超速保护和调速控制，如采用普通控制器，需要由汽轮机单独设置调速器和超速保护装置，此调速器和超速保护装置需要集成在控制系统机柜中。本项目ETM281智能前端控制器设置有6个转速采集通道，可以实现精确的转速测量要求，同时具备超速保护功能，可以实现汽轮机自动暖机、自动升速、临界越转速控制以及转速控制仿真功能，这样不仅节省了单独设置超速保护装置（如PROTECH-GII）、汽轮机调速器（如505）等的成本和安装空间，也实现了转速监控、调速、超速保护的一体化高可靠集成。

4.2 压缩机性能控制

本项目性能是通过入口导叶调节和汽轮机变转速双重调节，由三重冗余控制器完成入口导叶开度调节和汽轮机变转速的双重调节控制要求。

4.3 压缩机防喘振控制

和利时三重冗余控制器基于基于防喘振控制要求，防喘振控制策略考虑设置有喘振极限控制线、喘振控制线、阶梯响应线、安全保险线等各种控制线，以实现PID控制功能、自适应增益功能、阶梯响应功能、安全保险响应功能等。

4.4 启动联锁逻辑控制

机组启动联锁条件主要包括：缓冲气手动给气正常（人为确认），润滑油泵允许启动（启车前），入口导叶微开、防喘振阀全开、润滑油温度正常、润滑油压力正常、油箱液位正常、盘车电机未运行、盘车完毕确认、电控具备起车条件、汽轮机主汽门开启、充气密封手动确认正常、其他开车条件等。

机组报警联锁控制主要包括：润滑油压过低、润滑油温度高或低、轴振动大和过大、轴位移大和过大、轴瓦温度高和过高等。

4.5 解耦控制、其他辅助控制等

对于本系统调节入口导叶开度和汽轮机变转速，当压缩机进入喘振调节时，有时性能控制会同时要求减小流量（如性能控制变量为入口压力时），两个控制回路是互相反作用的，从而造成系统可能不稳定，使机组更加接近喘振。解耦功能将性能控制和防喘振控制各自的输出加权到对方的控制响应中去，从而实现两个控制回路协调动作，迅速稳定系统。

其他辅助控制功能，如辅助润滑油泵和加热器的运行监控、启停控制，盘车运行及启停控制，汽轮机冷凝液位控制、排烟风机等的控制和系统范围内监控测点的显示等。

5 总结

相比较于常规机组使用的进口品牌如TS3000、上海黑马控制系统HIMA+CCC、罗克韦尔ICS Triplex Trusted TMR、GE集团MARK VI，在满足压缩机在工艺流程中的重要性和高可靠性控制要求的情况下，国产T880控制器继承和延续了三重化冗余的先进设计理念，为国产三冗余系统在组装式压缩机组控制上的应用提供参考和借鉴，同时相较国外系统有着巨大的经济优势和广阔的应用前景。

作者简介：贾超（1985-），男，汉族，辽宁辽阳人，本科，工程师，在沈阳鼓风机集团齿轮压缩机有限公司从事压缩机仪表和控制系统设计工作，专业：电气工程及其自动化。