基于GE FANUC GMR系統的軸流風機防喘振控制
應用天津市協力自動化工程有限公司，利用 GE/FANUC 公司-GMR 系統，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機中，實現軸流風機防喘振控制,氣輪機調速控制;軸系儀表震動檢測報警;潤滑油、密封油控制系統;軸流機組啟動/停車保護。自動防喘振控制及調速控制技術方案的成功實施,證實了 GMR 系統非常適合于大型軸流式壓縮機組 ITCC 控制系統項目.
要求本項目中采用的軸流式壓縮機組入口為大氣，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，一方面防止機組喘振，另一方面防止壓縮機由于壓力過高造成設備損壞。所以風機喘振線/防喘振線考慮的是二者綜合性試驗結果。風機
喘振線與防喘振線之間裕度一般設為（5~7%）。
風機喘振線數據，一般由機組廠家或設計院提供，最可靠的方法還是由機組廠家，根據現場實驗實測結果及機組能承受壓力的能力，給出風機喘振線綜合數據結果。
根據機組廠家實測后給出的綜合喘振線數據，利用 GE FANUC 公司，Logicmaster90-70（簡稱 LM90）組態軟件及上位 HMI CIMPLICITY 6.10（簡稱 HMI）軟件，做出喘振線（兩點變量連成線段）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、一個折線段示意圖》
圖 1、一個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
Y 為 Y 坐標
解決方案ITCC系統架構GE FANUC GMR 系統配置：三個主機架 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)，一個工程師站，兩個操作站，分別安裝 GMR 軟件和編程軟件及上位 HMI 軟件，輸入/輸出采用三重化結構（三個獨立Genius 模塊），并配接協力自主研發的 INPUT/OUTPUT TERMINAL 及轉速監測接口模塊，組成帶外回路自診斷；；模擬量輸出三重化配置。ITCC 系統結構圖如下，見圖2、GE FANUC 公司 GMR 系統示意圖。
(1) 管理層:工程師站
(2) 控制層:汽機控制站（操作站１）
(3) 保護層: 機組轉速控制、保護、啟、停操作（操作站２）。
圖 2、GE FANUC 公司 GMR 系統示意圖 4、系統功能以往的繼電器聯鎖方式無法提供形象的信息給操作人員，只能在出現故障后把相關的連鎖點都檢查一遍，處理時間長，影響生產進程，對隱含故障點無法判斷。現采用 GMR控制及安全保護系統則避免了上述問題，還可同時增加打印功能，完善系統，符合國際安
全標準 SIL-3 的安全級別。具體功能如下所述:
(1) 軸流式壓縮機組轉速控制保護功能
a. 當汽輪機轉速超過 10%時，同時操作面板提示汽機超速，并提醒操作人員進行檢查超速原因;當汽輪機轉速超過 12%時，操作面板再次提示汽機超速，并提示操作人員通知技術人員進行檢修維護，技術人員可根據實際情況確定是否停機或超速運行;當轉速超過15%時，汽輪機自行逐步減速，同時提示減速原因，1 小時后汽輪機停機，同時操作面板上顯示汽機超速停機，打印機打印出停機原因:汽機超速停機。
b. 當汽輪機軸向位移大于Ⅰ值(安全臨界值)時，報警并提醒操作人員與同技術人員進行檢查超速原因;當汽輪機軸向位移大于Ⅱ值(安全隱患發生臨界值)時，1 小時后停機。同時操作面板上顯示原因，打印機打出停機原因:軸向位移大停機。
c. 當潤滑油壓低于Ⅰ值時，報警并提醒操作人員與同技術人員進行檢查超速原因;當潤滑油壓低于Ⅱ值時，啟動交流油泵;當潤滑油壓低于Ⅲ值(絕對危險臨界值)時，停機。同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:潤滑油壓低停機。當潤滑油壓低于Ⅵ值
(設備損壞臨界值)時，停盤車。
d. 當軸承油溫高于Ⅰ值時，報警并啟動油溫冷卻系統;當軸承油溫高于Ⅱ值時，1 小時后停機;同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:軸承回油溫度高停機。
e. 當軸承軸瓦溫度高于Ⅰ值時，報警并啟動油溫冷卻系統;當軸承軸瓦溫度高于Ⅱ值時警報連續提示，停機;同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:軸承軸瓦溫度高停機。
f. 當電氣送來發電機故障信號時，停機;同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:發電機故障停機。
g. 當主汽溫度低于Ⅰ值時，報警;當主汽溫度低于Ⅱ值時停機，同時操作面板顯示停機原因，打印機打印停機原因:主汽溫度低停機。
(2) 記憶功能 在自動主汽門跳閘后，由操作面板顯示出導致首次動作原因，以便于進行事故分析。
(3) 保護投退功能 在操作盤上設置保護投退開關，以便運行人員和檢修人員試驗和維修，防止在試驗或維修過程中，以及汽輪機啟動過程中，由于某個條件不滿足而引起的系統誤動作。
(4) 打印功能 系統能夠實時打印保護投退開關的投退時間及內容、所有保護動作的時間和內容。
5、機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。實現的防喘振基本功能有：喘振線、防喘振線、喘振裕度（5%），防喘振線自動下移線（一次 2%，最多 5 次），自動/部分/手動切換，實現機組 喘振自動控制.
6、汽輪機組電子調速控制。實現機組起動條件控制邏輯；暖機；臨界轉速控制；恒速控制；超負荷補償控制；防飛動剎車控制功能。
風機防喘振實例，見《圖 3、防喘振曲線及控制參數畫面》。
圖 3、防喘振曲線及控制參數畫面防喘振控制功能的實現防喘振基本功能：
功能開發是基于 GE FANUC 公司 GMR 系統，見《圖 2、GE FANUC 公司 GMR 系統示意圖》。
根據基本公式 Y=aX+b 分別找出 5 段喘振曲線（共 6 個點連成的折線曲線）兩點之間斜率 a、截距 b 的函數關系。采用 GE FANUC 公司開發軟件，LM90 組態編程。只要輸入連接成折線曲線的 6 個點 X、Y 坐標的數據，就可以在上位畫面 HMI 上，顯示相應點連
成的折線曲線，見圖 3、喘振線（紅色）。在喘振線基礎上，下移 5%（稱為裕度），形成防喘振線（綠色）。當動態點（中間的十字叉）坐標，X 坐標為喉部差壓，Y 坐標為出口壓力，接近到喘振線（紅色）時，自動下移 2%形成一條喘振下移線（藍色），一般喘
振一次下移 2%，最多 5 次，同時產生“喘振標志”信號（圖 3 右邊祿燈變成紅燈），并記錄喘振下移次數及喘振累計次數。當動態點恢復正常后（防喘振線下面為正常工作區），經檢查如果不是機器性能產生變化，而是儀表故障造成，可以在 HMI 畫面上，按
下移線復位按鈕，使防喘振線（綠色）與喘振下移線（藍色）重合，只顯示防喘振線（綠色），同時喘振下移次數清零，喘振累計次數不變。
自動/部分/手動切換，見《圖 4、防喘振調節流程圖》：
自動位置時，防喘振調節為純自動調節，PID 調節控制；
部分位置時，正常手動輸出，當喘振發生時，喘振調節控制優先手動；
手動位置時，防喘振調節為純手動控制。
調節器輸出分程放大：
調節器輸出 0~100%分程為 0~50%，50%~100%對應輸出 4~12 mA，
12~20 mA，需要分別放大到 20~160mA。模擬量采用天津協力開發的三重化 I/O 接口板實現.
圖 4、防喘振調節流程圖 益處通過 GE FANUC 公司-GMR 系統的實施，軸流風機防喘振控制在 GE FANUC 公司-GMR 系統中實現，達到了一個新的高度。同時，天津市協力自動化工程有限公司在 GMR系統中開發的軸流風機防喘振控制的實施和投運，充分顯示出來的技術水準和 GEFANUC GMR 軟件系統的控制能力，保證了 ITCC 系統的功能性和可操作性。 此系統使
軸流風機防喘振控制執行準確性，防止了機組喘振發生，主要功能達到預期目標，防喘振控制功能能夠滿足工藝及生產需要。系統驗收后，安全平穩運行一年多,受到用戶一致好評。
2006-08-21
