基于GE 智能平台 GMR系统的轴流风机防喘振控制

• 关键词：电机,恒压供水,pid,流量计
• 作者：天津市协力自动化工程有限公司，谢自力

基于GE FANUC GMR系统的轴流风机防喘振控制

应用
天津市协力自动化工程有限公司，利用 GE/FANUC 公司-GMR 系统，在中国石油天然气总公司长庆石化分公司重油催化轴流风机中，实现轴流风机防喘振控制,气轮机调速控制;轴系仪表震动检测报警;润滑油、密封油控制系统;轴流机组启动/停车保护。自动防喘振控制及调速控制技术方案的成功实施,证实了 GMR 系统非常适合于大型轴流式压缩机组 ITCC 控制系统项目.
要求
本项目中采用的轴流式压缩机组入口为大气，所以防喘振控制阀不是控制回流量，而是放空（大气）。其次防喘振线的作用，一方面防止机组喘振，另一方面防止压缩机由于压力过高造成设备损坏。所以风机喘振线/防喘振线考虑的是二者综合性试验结果。风机
喘振线与防喘振线之间裕度一般设为（5~7%）。
风机喘振线数据，一般由机组厂家或设计院提供，最可靠的方法还是由机组厂家，根据现场实验实测结果及机组能承受压力的能力，给出风机喘振线综合数据结果。
根据机组厂家实测后给出的综合喘振线数据，利用 GE FANUC 公司，Logicmaster90-70（简称 LM90）组态软件及上位 HMI CIMPLICITY 6.10（简称 HMI）软件，做出喘振线（两点变量连成线段）和防喘振线。喘振线方法是采用的多段折线连接形成一条曲线，见《图 1、一个折线段示意图》

图 1、一个折线段示意图
基本公式：Y=aX+b
其中：
a 为斜率
b 为截距
X 为 X 坐标
Y 为 Y 坐标
解决方案
ITCC系统架构
GE FANUC GMR 系统配置：三个主机架 BACK(分别有电源模块 PS，GMR CPU模块，90-70 总线控制器 GBC，MODBUS 通讯模块)，一个工程师站，两个操作站，分别安装 GMR 软件和编程软件及上位 HMI 软件，输入/输出采用三重化结构（三个独立Genius 模块），并配接协力自主研发的 INPUT/OUTPUT TERMINAL 及转速监测接口模块，组成带外回路自诊断；；模拟量输出三重化配置。ITCC 系统结构图如下，见图2、GE FANUC 公司 GMR 系统示意图。
(1) 管理层:工程师站
(2) 控制层:汽机控制站（操作站１）
(3) 保护层: 机组转速控制、保护、启、停操作（操作站２）。

图 2、GE FANUC 公司 GMR 系统示意图
4、系统功能
以往的继电器联锁方式无法提供形象的信息给操作人员，只能在出现故障后把相关的连锁点都检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对隐含故障点无法判断。现采用 GMR控制及安全保护系统则避免了上述问题，还可同时增加打印功能，完善系统，符合国际安
全标准 SIL-3 的安全级别。具体功能如下所述:
(1) 轴流式压缩机组转速控制保护功能
a. 当汽轮机转速超过 10%时，同时操作面板提示汽机超速，并提醒操作人员进行检查超速原因;当汽轮机转速超过 12%时，操作面板再次提示汽机超速，并提示操作人员通知技术人员进行检修维护，技术人员可根据实际情况确定是否停机或超速运行;当转速超过15%时，汽轮机自行逐步减速，同时提示减速原因，1 小时后汽轮机停机，同时操作面板上显示汽机超速停机，打印机打印出停机原因:汽机超速停机。
b. 当汽轮机轴向位移大于Ⅰ值(安全临界值)时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查超速原因;当汽轮机轴向位移大于Ⅱ值(安全隐患发生临界值)时，1 小时后停机。同时操作面板上显示原因，打印机打出停机原因:轴向位移大停机。
c. 当润滑油压低于Ⅰ值时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查超速原因;当润滑油压低于Ⅱ值时，启动交流油泵;当润滑油压低于Ⅲ值(绝对危险临界值)时，停机。同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:润滑油压低停机。当润滑油压低于Ⅵ值
(设备损坏临界值)时，停盘车。
d. 当轴承油温高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承油温高于Ⅱ值时，1 小时后停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承回油温度高停机。
e. 当轴承轴瓦温度高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承轴瓦温度高于Ⅱ值时警报连续提示，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承轴瓦温度高停机。
f. 当电气送来发电机故障信号时，停机;同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:发电机故障停机。
g. 当主汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主汽温度低于Ⅱ值时停机，同时操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:主汽温度低停机。
(2) 记忆功能 在自动主汽门跳闸后，由操作面板显示出导致首次动作原因，以便于进行事故分析。
(3) 保护投退功能 在操作盘上设置保护投退开关，以便运行人员和检修人员试验和维修，防止在试验或维修过程中，以及汽轮机启动过程中，由于某个条件不满足而引起的系统误动作。
(4) 打印功能 系统能够实时打印保护投退开关的投退时间及内容、所有保护动作的时间和内容。
5、机组防喘振控制采用方法为最常用的多段折线连接形成一条折线曲线的方法。实现的防喘振基本功能有：喘振线、防喘振线、喘振裕度（5%），防喘振线自动下移线（一次 2%，最多 5 次），自动/部分/手动切换，实现机组 喘振自动控制.
6、汽轮机组电子调速控制。实现机组起动条件控制逻辑；暖机；临界转速控制；恒速控制；超负荷补偿控制；防飞动刹车控制功能。
风机防喘振实例，见《图 3、防喘振曲线及控制参数画面》。

图 3、防喘振曲线及控制参数画面
防喘振控制功能的实现
防喘振基本功能：
功能开发是基于 GE FANUC 公司 GMR 系统，见《图 2、GE FANUC 公司 GMR 系统示意图》。
根据基本公式 Y=aX+b 分别找出 5 段喘振曲线（共 6 个点连成的折线曲线）两点之间斜率 a、截距 b 的函数关系。采用 GE FANUC 公司开发软件，LM90 组态编程。只要输入连接成折线曲线的 6 个点 X、Y 坐标的数据，就可以在上位画面 HMI 上，显示相应点连
成的折线曲线，见图 3、喘振线（红色）。在喘振线基础上，下移 5%（称为裕度），形成防喘振线（绿色）。当动态点（中间的十字叉）坐标，X 坐标为喉部差压，Y 坐标为出口压力，接近到喘振线（红色）时，自动下移 2%形成一条喘振下移线（蓝色），一般喘
振一次下移 2%，最多 5 次，同时产生“喘振标志”信号（图 3 右边禄灯变成红灯），并记录喘振下移次数及喘振累计次数。当动态点恢复正常后（防喘振线下面为正常工作区），经检查如果不是机器性能产生变化，而是仪表故障造成，可以在 HMI 画面上，按
下移线复位按钮，使防喘振线（绿色）与喘振下移线（蓝色）重合，只显示防喘振线（绿色），同时喘振下移次数清零，喘振累计次数不变。
自动/部分/手动切换，见《图 4、防喘振调节流程图》：
自动位置时，防喘振调节为纯自动调节，PID 调节控制；
部分位置时，正常手动输出，当喘振发生时，喘振调节控制优先手动；
手动位置时，防喘振调节为纯手动控制。
调节器输出分程放大：
调节器输出 0~100%分程为 0~50%，50%~100%对应输出 4~12 mA，
12~20 mA，需要分别放大到 20~160mA。模拟量采用天津协力开发的三重化 I/O 接口板实现.

图 4、防喘振调节流程图
益处
通过 GE FANUC 公司-GMR 系统的实施，轴流风机防喘振控制在 GE FANUC 公司-GMR 系统中实现，达到了一个新的高度。同时，天津市协力自动化工程有限公司在 GMR系统中开发的轴流风机防喘振控制的实施和投运，充分显示出来的技术水准和 GEFANUC GMR 软件系统的控制能力，保证了 ITCC 系统的功能性和可操作性。 此系统使
轴流风机防喘振控制执行准确性，防止了机组喘振发生，主要功能达到预期目标，防喘振控制功能能够满足工艺及生产需要。系统验收后，安全平稳运行一年多,受到用户一致好评。
2006-08-21

发布时间：2007年5月31日 9:47  人气：  

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