專利名稱：在動態(tài)壓縮機(jī)中防止沖擊復(fù)發(fā)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到用來控制動態(tài)壓縮機(jī)操作的控制系統(tǒng)，特別是涉及到在動態(tài)壓縮機(jī)中防止沖擊的控制系統(tǒng)和方法。
動態(tài)壓縮機(jī)在生產(chǎn)過程中被廣泛地用于提供壓縮氣體。為了避免接收這種壓縮氣體的下游工序的操作出現(xiàn)間斷，必須要有效地控制動態(tài)壓縮機(jī)的操作，以便根據(jù)下游工序的需要而提供穩(wěn)定的輸出壓力或是流率。然而，眾所周知，當(dāng)動態(tài)壓縮機(jī)的流率由于下游工序的狀態(tài)發(fā)生變化等等原因而下降到一定的門限值以下時，在壓縮機(jī)中就可能出現(xiàn)沖擊和完全斷流的現(xiàn)象。除了會造成下游工序間斷的必然影響之外，沖擊還會給動態(tài)壓縮機(jī)帶來災(zāi)難性的后果，在壓縮機(jī)內(nèi)產(chǎn)生聽覺噪聲和劇烈的振動，在嚴(yán)重的情況下會給動態(tài)壓縮機(jī)帶來嚴(yán)重的損害。
在低于門限流率時，動態(tài)壓縮機(jī)就會出現(xiàn)沖擊，這種門限是跨越動態(tài)壓縮機(jī)的壓力差的函數(shù)。沖擊狀態(tài)通常是用一種壓縮機(jī)分布圖來表示的，這種圖采用實(shí)際流量和多變壓頭的關(guān)系來反映壓縮機(jī)的操作。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果壓縮機(jī)在壓縮機(jī)分布圖中的工作點(diǎn)落入由一條沖擊線所界定的沖擊區(qū)域之內(nèi)，就會出現(xiàn)沖擊，這種沖擊線大致是一條拋物線，其定義是(實(shí)際流量)2/(多變壓頭)=K，其中的K是一個常數(shù)。
通常用來防止動態(tài)壓縮機(jī)出現(xiàn)沖擊或是使動態(tài)壓縮機(jī)脫離沖擊的方法是打開連接到壓縮機(jī)輸出端的一個反沖擊閥門，使動態(tài)壓縮機(jī)的一部分輸出氣流返回到壓縮機(jī)入口。通常是用反沖擊閥門把壓縮機(jī)的輸出流量旁路到輸入端?；蛘咧苯佑梅礇_擊閥門來衰減輸出。在本文中將這兩種情況統(tǒng)稱為旁路。通過增加旁路來增加壓縮機(jī)的流率，使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)脫離沖擊區(qū)域。
為了有效地操作反沖擊閥門，防止動態(tài)壓縮機(jī)的沖擊，并且在發(fā)生沖擊時使壓縮機(jī)脫離沖擊，有人制定了一種根據(jù)動態(tài)壓縮機(jī)的工作狀態(tài)來控制反沖擊閥門開度的控制策略?？偟膩碚f，目前所采用的閥門開度控制策略是一種閉環(huán)控制過程，或者是閉環(huán)控制過程和開環(huán)控制過程的一種組合。閉環(huán)控制過程的作用是以連續(xù)的閉環(huán)方式來控制反沖擊閥門，在壓縮機(jī)的工作點(diǎn)不正常地靠近沖擊線時調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的流量。典型的閉環(huán)控制過程是一種比例-積分-微分(PID)控制過程，它是按照對應(yīng)著壓縮機(jī)工作點(diǎn)位置的控制變量來工作的，并且在壓縮機(jī)分布圖的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)有一個對應(yīng)著一條沖擊控制線的設(shè)定點(diǎn)。
開環(huán)控制過程的作用是在閉環(huán)控制無法避免沖擊的情況下執(zhí)行接管或是輔助工作。如果超過了一個沖擊預(yù)備點(diǎn)，開環(huán)控制過程就接管反沖擊閥門的控制，并且迅速地將其開到足夠的寬度，盡可能地避免發(fā)生沖擊，或是在沖擊已經(jīng)發(fā)生的情況下使壓縮機(jī)脫離沖擊。當(dāng)工作點(diǎn)回到安全的工作區(qū)域內(nèi)之后，開環(huán)控制過程就開始用固定的速度或是可變的速度關(guān)閉反沖擊閥門，并且在某一時間點(diǎn)上將反沖擊閥門的控制權(quán)還給閉環(huán)控制過程。
對于目前所采用的閥門控制策略來說，沖擊控制系統(tǒng)在許多情況下無法防止發(fā)生沖擊。這種失敗是多種原因造成的。失敗可能是由于采取了錯誤的步驟假設(shè)造成的，例如對過程干擾的動態(tài)控制緩慢，不準(zhǔn)確的計算，不準(zhǔn)確的過程測量或是傳感器的故障，輸入故障，不精確的信號標(biāo)度，或是壓縮機(jī)性能的變化等等。這些問題會直接影響到閉環(huán)控制過程的性能，因?yàn)樵谶@種過程中使用的過程變量通常是根據(jù)壓縮機(jī)過程狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)計算出來的。因此，在采用閉環(huán)的防沖擊對策時，即使是經(jīng)過精心的策劃，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行的控制仍然不能提供足夠精確的控制，并且有可能無法防止沖擊。
為了解決閉環(huán)控制中不能精確控制的問題，有一種建議的方法是在每次沖擊事件復(fù)發(fā)之后移動閉環(huán)控制過程的控制設(shè)定點(diǎn)。這種方法的設(shè)想是，如果對應(yīng)著新的設(shè)定點(diǎn)的沖擊控制線與沖擊區(qū)域有足夠遠(yuǎn)的距離，就可以提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，防止壓縮機(jī)再次發(fā)生沖擊。然而，如果再次發(fā)生沖擊事件，就要再次把設(shè)定點(diǎn)移動到另一個推測的安全位置。這種推測過程一直持續(xù)到把閉環(huán)控制的設(shè)定點(diǎn)移動到足以補(bǔ)償先前的控制系統(tǒng)故障的距離為止，以便用這種閉環(huán)控制策略對壓縮機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定的控制。
然而，這種防止沖擊復(fù)發(fā)的方法在許多情況下是不起作用的。如果早先的沖擊是由于動態(tài)響應(yīng)緩慢造成的，通過移動閉環(huán)控制設(shè)定點(diǎn)就可以提供足夠的安全余量，以免沖擊復(fù)發(fā)。另一方面，如果早先的沖擊是由于過程測量或是變量計算的錯誤造成的，即使是采取閉環(huán)控制策略，沖擊仍然會復(fù)發(fā)。到目前為止，如果在測量，控制的動態(tài)響應(yīng)，或是過程變量的計算中存在系統(tǒng)誤差，還沒有一種有效的控制系統(tǒng)能夠防止沖擊復(fù)發(fā)。
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的是為動態(tài)壓縮機(jī)提供一種改進(jìn)的控制系統(tǒng)，用來有效地防止沖擊事件復(fù)發(fā)。
為此，本發(fā)明的目的是為動態(tài)壓縮機(jī)提供一種防沖擊控制系統(tǒng)，即使是在測量，控制的動態(tài)響應(yīng)，或是過程變量的計算中存在系統(tǒng)誤差，仍然可以防止沖擊事件復(fù)發(fā)。
本發(fā)明的一個相關(guān)目的是提供一種防沖擊控制系統(tǒng)，采用根據(jù)過去的沖擊事件獲得的信息來調(diào)節(jié)控制過程，從而有效地防止未來的沖擊事件。
按照本發(fā)明的上述和其他目的，本發(fā)明提供了一種控制系統(tǒng)，用于防止動態(tài)壓縮機(jī)中的沖擊復(fù)發(fā)。由控制系統(tǒng)控制一個連接到動態(tài)壓縮機(jī)輸出端用于旁路壓縮機(jī)流量的反沖擊閥門。該控制系統(tǒng)包括一個沖擊控制器，它根據(jù)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)從一個最小位置開始控制反沖擊閥門的開度，阻止工作點(diǎn)移動到?jīng)_擊區(qū)域內(nèi)。沖擊控制器被有效地連接到一個沖擊限制存儲器，把最小位置限制在存儲的低限值。用一個沖擊檢測器來檢測沖擊事件的開始，并且和用于存儲低限的沖擊限制存儲器協(xié)同工作，上述低限對應(yīng)著沖擊事件開始時的閥門開度。這種低限是按照防止沖擊復(fù)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定的。在最佳的實(shí)施例中，把低限設(shè)定在比沖擊開始時的閥門開度高出一個很小增量的值，這樣設(shè)定的低限就可以防止沖擊事件復(fù)發(fā)。
本發(fā)明的特征在于沖擊控制器的最小反沖擊閥門位置是零，但是在發(fā)生沖擊事件時把最小值增加到可以防止沖擊事件復(fù)發(fā)的水平。
也就是說，本發(fā)明的特征是修改沖擊控制器的輸出，但是不修改沖擊控制線，其做法是直接設(shè)定一個閥門位置的低限，防止PID控制器在關(guān)閉閥門時超過這一低限。
通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明可以認(rèn)識到本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1是一個方框圖，表示一個具有反沖擊閥門的動態(tài)壓縮機(jī)，該閥門是由一個體現(xiàn)本發(fā)明的控制器來控制的；
圖2表示一個控制器的方框圖，它具有一個用于設(shè)定最小閥門開度的模塊；圖3是一個方框圖，表示圖2的多重模塊控制器的一個實(shí)施例；圖4是一個方框圖，表示沖擊限制存儲器的一個實(shí)施例；以及圖5表示動態(tài)壓縮機(jī)的一種壓縮機(jī)分布圖，圖中表示了壓縮機(jī)工作點(diǎn)在壓縮機(jī)分布圖中的不同位置。
本發(fā)明可以采用各種修改和變更的結(jié)構(gòu)，在附圖和下文中具體說明的只是一些示意性的實(shí)施例。然而應(yīng)該指出，其用意并不是要把本發(fā)明限制在具體說明的形式，與此相反，這種說明的目的是要概括屬于本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，并且由附加的權(quán)利要求書所限定的所有修改和變更的結(jié)構(gòu)以及等效物。
參見附圖，圖1是一個方框圖，圖中表示了連接到一個體現(xiàn)本發(fā)明的防沖擊控制系統(tǒng)的動態(tài)壓縮機(jī)11。防沖擊控制系統(tǒng)利用一個連接在動態(tài)壓縮機(jī)11輸出端的反沖擊閥門12來控制通過動態(tài)壓縮機(jī)11的流量。反沖擊閥門12的開度是可以調(diào)節(jié)的，可以用提供給反沖擊閥門12的控制輸入端112的一個電信號來控制其開度。當(dāng)反沖擊閥門12被打開時，動態(tài)壓縮機(jī)11的一部分輸出圍繞著壓縮機(jī)11被旁路。圍繞著動態(tài)壓縮機(jī)11的旁路流量增加了通過動態(tài)壓縮機(jī)11的總流量，這樣就能起到使工作點(diǎn)遠(yuǎn)離沖擊區(qū)域的效果。顯而易見，也可以通過用反沖擊閥門12直接衰減動態(tài)壓縮機(jī)11的一部分輸出來增加動態(tài)壓縮機(jī)11的流量，用這種方法代替圖1中所示的從出口到入口的氣體循環(huán)。除非有其他具體的說明，本文中使用的術(shù)語“旁路”概括了上述最佳的循環(huán)方式和較好的衰減方式。
為了在壓縮機(jī)11中有效地防止沖擊的同時盡量減少對接收壓縮氣體的下游工序14造成的干擾，反沖擊閥門12的時序，持續(xù)時間及其開度需要受到精確的控制。如圖1所示，閥門的打開是由控制器20來控制的，它可以按照壓縮機(jī)11的過程狀態(tài)來調(diào)節(jié)閥門的開度。
按照本發(fā)明的提示，控制器20的結(jié)構(gòu)可以把反沖擊閥門12的閥門開度控制在完全打開和最小閥門開度之間，從而防止動態(tài)壓縮機(jī)11的沖擊。在下文中將要具體地說明，反沖擊閥門12的最小閥門開度是按照最后一次沖擊事件開始時的閥門開度來產(chǎn)生的。換句話說就是在沖擊事件發(fā)生之后對反沖擊閥門12的有效操作范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，使它的開度決不會降落到最小開度以下。最好是把最小閥門開度設(shè)定在稍微大于沖擊事件開始時的閥門開度。
具體地說，氣體從壓縮機(jī)入口被吸入壓縮機(jī)11，并且向下游工序14提供壓縮的氣體。為了監(jiān)視壓縮機(jī)11的狀態(tài)而安裝了多個傳感器，用來檢測壓縮機(jī)11的入口和出口狀態(tài)。如圖1所示，這些傳感器通常包括入口溫度傳感器91，入口壓力傳感器92，流量傳感器93，排氣壓力傳感器94，排氣溫度傳感器95，有時還包括圖中沒有表示的其他類型的傳感器。傳感器的輸出信號被傳送給用來處理這些輸出信號的過程測量模塊15，從中確定壓縮機(jī)11的工作狀態(tài)。過程測量模塊15的輸出被連接到過程變量計算器16，用來計算一或多個過程變量，控制器20用這些控制變量來產(chǎn)生一個輸出控制信號。閥門位置控制器17用這一輸出控制信號來調(diào)節(jié)反沖擊閥門12的閥門開度。
在圖2中表示了控制器20的示意性框圖。控制器20主要包括一個沖擊控制器30，用來把反沖擊閥門12的閥門開度控制在完全打開和最小閥門開度之間?？刂破?0平時把反沖擊閥門12保持在一個最小位置，最好是完全關(guān)閉。如果壓縮機(jī)的工作點(diǎn)接近一種沖擊狀態(tài)，沖擊控制器30包括在反沖擊循環(huán)中打開反沖擊閥門的模塊。典型的反沖擊控制器30可以具有一種靜止?fàn)顟B(tài)，在這種狀態(tài)下把反沖擊閥門12保持在最小位置，以及一種反沖擊模式，在這種模式下周期性地打開反沖擊閥門12，阻止工作點(diǎn)進(jìn)入沖擊區(qū)域，然后再回到最小位置。
然而，如上所述，壓縮機(jī)11有時仍會進(jìn)入沖擊區(qū)域并且受到?jīng)_擊。為了防止壓縮機(jī)11進(jìn)入反復(fù)沖擊的循環(huán)，用一個低限控制模塊按照最后一次沖擊開始時的閥門開度來設(shè)定最小的閥門開度。為此需要用一個沖擊檢測器22來監(jiān)視動態(tài)壓縮機(jī)11的過程狀態(tài)，從中檢測出沖擊事件的開始。在檢測到?jīng)_擊事件的開始時，沖擊檢測器22就產(chǎn)生一個沖擊信號，觸發(fā)模塊40，按照檢測到的沖擊事件開始時的閥門開度產(chǎn)生一個新的最小閥門開度。當(dāng)動態(tài)壓縮機(jī)11脫離了沖擊狀態(tài)時，控制模塊30把反沖擊閥門12持續(xù)控制在完全打開和新的最小閥門開度之間，從而防止再發(fā)生沖擊事件。
顯而易見，如果能防止反沖擊閥門12的閥門開度下降到適當(dāng)設(shè)定的最小開度以下，就可以有效地停止沖擊事件的循環(huán)。在現(xiàn)有技術(shù)中的閉環(huán)反沖擊策略是通過移動閉環(huán)控制的工作點(diǎn)來響應(yīng)沖擊事件的，其目的是防止未來的沖擊事件。如果計算要求閥門關(guān)閉，閉環(huán)控制過程就會使反沖擊閥門12在可能發(fā)生另一次沖擊的點(diǎn)上關(guān)閉，如果是這樣，沖擊事件的循環(huán)就會不斷地重復(fù)。無論設(shè)定點(diǎn)怎樣變化，都會發(fā)生這種情況。按照本發(fā)明的指導(dǎo)，不允許反沖擊閥門12在最后一次沖擊事件的開始點(diǎn)上關(guān)閉，這樣就能停止沖擊事件的循環(huán)。由于本發(fā)明的新式控制方案與閉環(huán)操作無關(guān)，即使是所用的閉環(huán)控制策略存在著由于過程測量誤差，計算錯誤，錯誤的過程前提，錯誤的閉環(huán)控制策略或是緩慢的動態(tài)控制特性造成的系統(tǒng)誤差，仍然可以防止沖擊。
為了有效地防止沖擊復(fù)發(fā)，重點(diǎn)在于準(zhǔn)確地設(shè)定反沖擊閥門12的最小打開位置。如上文所述，允許閥門回到關(guān)閉位置或是采用固定的最小位置都是無效的，因?yàn)闆_擊現(xiàn)象本身已經(jīng)說明了閉環(huán)控制器在這種情況下不能有效地避免沖擊。另外，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果把最小閥門開度設(shè)定在最后一次沖擊開始時的閥門開度，在多數(shù)情況下仍然不能有效地阻止進(jìn)一步的沖擊循環(huán)，特別是在這種沖擊與控制過程中的系統(tǒng)誤差有關(guān)的情況下。按照本發(fā)明，把最小閥門開度設(shè)定在比最后一次沖擊開始時的閥門開度多出一個小的增量，這樣就能有效地防止沖擊復(fù)發(fā)。能夠防止沖擊事件復(fù)發(fā)的這種增量的幅值主要取決于閥門的特性，壓縮機(jī)的動態(tài)過程，以及延遲時間等等的系統(tǒng)控制響應(yīng)特性。進(jìn)一步來說，準(zhǔn)確的增量還取決于這種沖擊對壓縮機(jī)11的實(shí)際影響。如果兩次連續(xù)的沖擊就會對壓縮機(jī)11或是下游工序14(圖1)造成嚴(yán)重的破壞，閥門增量就應(yīng)該設(shè)定得很大，防止發(fā)生第二次沖擊。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種能夠提供滿意結(jié)果的方案，那就是可以把閥門開度的增量設(shè)定在閥門開度的一個固定量。這種固定量最好處在總閥門開度的5％到10％之間。當(dāng)然，在沒有脫離本發(fā)明的范圍和精神的條件下也可以采用其他方式在沖擊開始時的閥門開度范圍內(nèi)設(shè)定最小閥門開度的增量，例如采用一個變量的百分?jǐn)?shù)，或是采用固定的Δ增量。
圖3表示了控制器20的一個實(shí)施例，它采用了高信號選擇器來防止反沖擊閥門12的閥門開度下降到最小閥門開度以下。高信號選擇器36被用來保證控制器20的輸出信號總是對應(yīng)著一定的閥門開度，這一閥門開度大于或是等于由低限控制模塊40設(shè)定的最小閥門開度。
如圖3所示，高信號選擇器36被連接到低限控制模塊40，用來接收對應(yīng)著最小閥門開度的低限閥門開度信號。高信號選擇器36還被連接到其它模塊，它們產(chǎn)生的控制信號分別對應(yīng)著一種閥門開度。例如，圖3中表示了一個閉環(huán)PID模塊32和一個開環(huán)控制模塊34，它們分別產(chǎn)生一個PID控制信號和一個開環(huán)控制信號。顯而易見，采取類似或是不同的控制策略的其他控制模塊也可以連接到高信號選擇器36上。用高信號選擇器36接收包括低限閥門開度信號在內(nèi)的多個輸入控制信號，并且選擇對應(yīng)著最大閥門開度的輸入控制信號作為其輸出控制信號來控制反沖擊閥門12。按照這種方式，低限控制模塊40就可以設(shè)定對應(yīng)著一定閥門開度的輸出控制信號，這種閥門開度至少和最小閥門開度一樣大。換句話說，如果其他控制器要求的閥門開度小于這一低限，這種低限就可以壓倒包括PID在內(nèi)的其他控制器。
具體地說，在本實(shí)施例中，當(dāng)動態(tài)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)靠近沖擊線時，沖擊控制器30就采用一個閉環(huán)PID模塊來控制其工作點(diǎn)。PID控制模塊32的過程變量最好是一個控制變量，它的定義是控制變量=(實(shí)際流量)2/多變壓頭按照這種定義，每個控制變量值對應(yīng)著壓縮機(jī)特性線圖中的一條拋物線，另外，PID模塊32的設(shè)定點(diǎn)在壓縮機(jī)特性線圖中確定了一條沖擊控制線，它的位置通常處在壓縮機(jī)特性線圖的穩(wěn)定區(qū)域中。簡略地，說一說圖5，在圖5中表示了一種典型的壓縮機(jī)特性線圖。有一條沖擊線70把穩(wěn)定工作區(qū)域73和沖擊區(qū)域74分開。沖擊控制線71處在穩(wěn)定工作區(qū)域73內(nèi)，并且與沖擊線70稍微離開一定距離。沖擊控制線71通常被用作沖擊控制模塊的設(shè)定點(diǎn)，其作用是在工作點(diǎn)可能進(jìn)入沖擊控制線71和沖擊線70之間的區(qū)域時把工作點(diǎn)控制在沖擊控制線71上。
參見圖3，在本實(shí)施例中，控制變量計算器116使用過程測量模塊15產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來計算控制變量。用PID模塊32的比例，積分，和微分項(xiàng)對控制變量進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生一個用來控制反沖擊閥門12的開度的PID控制信號。當(dāng)工作點(diǎn)落入沖擊線70和沖擊控制線71之間的區(qū)域時，PID模塊32就打開反沖擊閥門12，阻止工作點(diǎn)繼續(xù)靠近沖擊線70。這種PID模塊的典型結(jié)構(gòu)是這樣的，當(dāng)工作點(diǎn)處在壓縮機(jī)特性線圖的穩(wěn)定工作區(qū)域73內(nèi)時，PID模塊32就產(chǎn)生一個關(guān)閉反沖擊閥門12的PID控制信號。然而，由于高信號選擇器36的動作，它不會選用這種PID控制信號來控制反沖擊閥門12的開度，因?yàn)樵撔盘枌?yīng)的閥門開度小于最小的閥門開度。
考慮到控制性能的穩(wěn)定性，閉環(huán)PID模塊32通常不具備足夠快的響應(yīng)來阻止迅速發(fā)生的沖擊事件復(fù)發(fā)。在本實(shí)施例中，用一個開環(huán)控制模塊34來承擔(dān)控制工作，防止即將來臨的沖擊，或是在沖擊不可避免的情況下使壓縮機(jī)11脫離沖擊。用開環(huán)控制模塊來接管反沖擊閥門12的控制，產(chǎn)生一個開環(huán)控制信號，用來迅速打開反沖擊閥門12。高信號選擇器36將會選擇這一輸出。在沖擊事件結(jié)束之后，開環(huán)控制模塊34就會開始關(guān)閉反沖擊閥門12。與PID模塊32的情況類似，高信號選擇器36將會阻止開環(huán)控制模塊34把反沖擊閥門12關(guān)閉到小于最小閥門開度的閥門開度。
沖擊檢測器22根據(jù)過程測量模塊15測量到的過程狀態(tài)檢測出沖擊事件的開始。例如，通過監(jiān)視壓縮機(jī)11的速度，入口壓力或出口壓力的變化率，以及流量等等就可以確定沖擊事件開始的時間。一旦檢測到?jīng)_擊事件的開始，沖擊檢測器22就向低限控制模塊40發(fā)送一個沖擊信號。沖擊信號觸發(fā)低限控制模塊40，產(chǎn)生和存儲一個新的最小閥門開度信號，它是根據(jù)沖擊事件開始時的閥門位置來確定的。
圖4表示了低限控制模塊40的一個實(shí)施例。在本實(shí)施例中，低限信號被存儲在沖擊限制存儲器46中。模塊40監(jiān)視高信號選擇器36的輸出控制信號，由此檢測出沖擊開始時的閥門開度。這樣就需要把輸出控制信號作為一個數(shù)據(jù)輸入提供給閥門位置寄存器42，它存儲的輸出控制信號可以指示出當(dāng)前的閥門開度。模塊40有一個沖擊限度計算器44，它在受到來自沖擊檢測器22的沖擊信號的觸發(fā)時接收存儲在閥門位置寄存器42中的信號，并且為閥門位置產(chǎn)生一個新的低限值。然后用低限計算器44產(chǎn)生新的低限位置，將其存入沖擊限制存儲器46，用來代替其中原先存儲的低限。沖擊限度計算器44在寄存器42中的閥門位置(它相當(dāng)于沖擊開始時的閥門位置)上增加一個很小的增量(Δ)。如上所述，該增量可以是一個固定量的閥門開度。把計算的位置提供給沖擊限制存儲器46，用來為沖擊控制模塊設(shè)定一個新的低限。
以下要結(jié)合著圖5來說明圖3中所示的一例控制器30的工作方式。圖5表示了壓縮機(jī)11的壓縮機(jī)特性線圖，其縱軸的定義是多變壓頭，橫軸是通過壓縮機(jī)11的實(shí)際流量。一條沖擊線70把壓縮機(jī)特性線圖劃分成一個沖擊區(qū)域74和一個穩(wěn)定區(qū)域73。相當(dāng)于PID模塊32的設(shè)定點(diǎn)的一條沖擊控制線71被設(shè)在穩(wěn)定區(qū)域73內(nèi)，并且通常與沖擊線70相距一個選定的安全余量。
假設(shè)壓縮機(jī)11的工作點(diǎn)最初是在點(diǎn)A，并且最小閥門開度最初被設(shè)定在完全關(guān)閉的位置，也就是零開度。在點(diǎn)A上，PID模塊可以關(guān)閉反沖擊閥門12，使反沖擊閥門12完全關(guān)閉。現(xiàn)在假設(shè)，由于下游工序的狀態(tài)變化而造成了流率的變化，工作點(diǎn)就會向沖擊線70移動。一旦工作點(diǎn)跨過了點(diǎn)B并且進(jìn)入沖擊控制線71和沖擊線70之間的區(qū)域時，PID模塊32就會打開反沖擊閥門12，使工作點(diǎn)遠(yuǎn)離沖擊線70。
假設(shè)用閉環(huán)PID模塊32連續(xù)地控制反沖擊閥門12，但是卻不能防止沖擊，工作點(diǎn)就會繼續(xù)向沖擊線70移動。當(dāng)工作點(diǎn)越過沖擊線70上的點(diǎn)C到達(dá)點(diǎn)D時，實(shí)際的沖擊事件就開始了，而沖擊檢測器22可以檢測到?jīng)_擊的開始。沖擊檢測器22隨之觸發(fā)低限控制模塊40，檢測沖擊開始時的閥門開度，并且按照沖擊開始時的閥門開度產(chǎn)生一個新的最小閥門開度。例如，可以把新的最小閥門開度設(shè)定在比沖擊事件開始時的閥門開度大5％。在沖擊開始之后，閉環(huán)控制模塊34就接管反沖擊閥門12的控制權(quán)，產(chǎn)生一個對應(yīng)著大閥門開度的開環(huán)控制信號，比如把反沖擊閥門12完全打開。高信號選擇器36選擇這一開環(huán)控制信號，迅速地打開反沖擊閥門12，使工作點(diǎn)從點(diǎn)D移動到穩(wěn)定區(qū)域73中的點(diǎn)E，并且停止沖擊事件。
在工作點(diǎn)回到穩(wěn)定區(qū)域73內(nèi)之后，PID模塊32和開環(huán)控制模塊34都開始關(guān)閉反沖擊閥門。由于高信號選擇器36的作用，PID模塊32和開環(huán)控制模塊34都不能使閥門開度下降到新的低限閥門開度以下。因此，如果工作點(diǎn)停留在沖擊控制線71右邊的區(qū)域內(nèi)，反沖擊閥門就可以維持在最小閥門開度的位置。如果另一種流量擾動使工作點(diǎn)移動到區(qū)域75內(nèi)，PID模塊就會從新的低限閥門開度位置開始增大閥門開度，阻止壓縮機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)入沖擊區(qū)域。
與依靠反沖擊控制模塊(比如PID)的那種通過PID控制來維持反沖擊閥門的打開位置的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不同，本發(fā)明采用了固定的最小打開位置，并且在通過維修作業(yè)排除故障之前一直保持這一位置。這樣，提供給高信號選擇器的低限閥門位置信號就可以阻止任何控制器在關(guān)閉閥門時越過這一低限。這種情況隨后會觸發(fā)對系統(tǒng)的維修循環(huán)，用來消除造成沖擊的條件。在完成這種工作之后最好用人工方式起動維修面板復(fù)位功能80(圖4)，把復(fù)位信號提供給低限控制模塊40。如圖4所示，復(fù)位信號被提供給沖擊限制存儲器46，用來把低限恢復(fù)到零，也就是閥門的關(guān)閉位置。在這種狀態(tài)下，壓縮機(jī)11可以正常工作，反沖擊閥門12關(guān)閉，并且在反沖擊控制器的控制下工作，防止沖擊現(xiàn)象復(fù)發(fā)。正如上文所述，在發(fā)生沖擊時，最小閥門開度就會上升。
以下要說明按照本發(fā)明在動態(tài)壓縮機(jī)11(圖1)中避免沖擊復(fù)發(fā)的防沖擊方法。這種防沖擊方法采用了一個連接到壓縮機(jī)11的輸出端的反沖擊閥門12(圖1)，并且可以調(diào)節(jié)閥門的開度，在壓縮機(jī)11外圍使流量旁路。為了防止壓縮機(jī)11受到?jīng)_擊，該方法中包括連續(xù)監(jiān)視動態(tài)壓縮機(jī)11的過程狀態(tài)的步驟，以及按照過程狀態(tài)將閥門開度控制在完全打開和最小閥門開度之間的步驟。該方法進(jìn)一步包括通過監(jiān)視壓縮機(jī)11的過程狀態(tài)來確定沖擊事件開始的步驟。如果檢測到?jīng)_擊事件的開始，就執(zhí)行一個產(chǎn)生新的低限閥門開度位置的步驟，在該步驟中根據(jù)沖擊事件開始時的閥門開度設(shè)定一個新的最小閥門開度。然后重復(fù)上述步驟，并且在控制閥門開度的步驟中控制反沖擊閥門12的閥門開度，使其在完全打開和新的低限閥門開度之間執(zhí)行開、關(guān)動作。
在本發(fā)明方法的最佳實(shí)施例中，控制閥門開度的步驟包括執(zhí)行一種閉環(huán)PID控制，在沖擊控制線71(圖5)附近實(shí)行控制，并且在發(fā)生沖擊時執(zhí)行一種開環(huán)控制，以便停止沖擊。在設(shè)定低限閥門開度的步驟中設(shè)定新的低限，使其稍微大于檢測到的沖擊事件開始時的閥門開度。新的低限閥門開度應(yīng)該設(shè)定在比沖擊開始時的閥門開度高出一個固定量的閥門開度。
本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為了解釋和說明。其目的并不是把本發(fā)明限制在具體說明的范圍。按照上述指導(dǎo)還可以實(shí)現(xiàn)顯而易見的變更或修改。上文中選用的實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)用價值，以便使本領(lǐng)域的技術(shù)人員在特定的場合適當(dāng)?shù)夭捎帽景l(fā)明的各種實(shí)施例及其修改形式。按照公平，合法和合理的原則，所有的此類修改和變更都處在附加的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種控制系統(tǒng)，用于在動態(tài)壓縮機(jī)中防止沖擊復(fù)發(fā)，壓縮機(jī)在一個壓縮機(jī)特性線圖中具有一個可以確定的可變工作點(diǎn)，這種特性線圖包括一個沖擊區(qū)域，一個穩(wěn)定工作區(qū)域，把兩個區(qū)域分開的一條沖擊線，以及處在穩(wěn)定工作區(qū)域內(nèi)但是離開沖擊線的一條沖擊控制線，該控制系統(tǒng)包括一個可以調(diào)節(jié)閥門開度的反沖擊閥門，用于旁路壓縮機(jī)的流量；一個沖擊檢測器，用來檢測沖擊事件的開始，并且產(chǎn)生一個沖擊信號；一個響應(yīng)沖擊信號的沖擊限制存儲器，用來存儲與沖擊事件開始時的閥門開度有關(guān)的一個閥門位置低限；以及一個沖擊控制器，根據(jù)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)從一個最小位置開始控制反沖擊閥門的開度，阻止工作點(diǎn)進(jìn)入沖擊區(qū)域，沖擊控制器被有效地連接到?jīng)_擊限制存儲器，把最小位置設(shè)定在存儲的低限。
2．如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征是控制裝置和沖擊限制存儲器一起存儲一個低限，它等于沖擊開始時的閥門開度加上一個選定的增量Δ，用來防止沖擊復(fù)發(fā)。
3．如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于Δ是一個閥門開度的固定量。
4．如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征是沖擊控制器包括一個閉環(huán)PID模塊，它的設(shè)定點(diǎn)對應(yīng)著沖擊控制線，并且在壓縮機(jī)的工作點(diǎn)處在沖擊控制線和沖擊線之間時打開反沖擊閥門。
5．如權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其特征是沖擊控制器包括一個用來接收對應(yīng)著閥門位置的多個輸入信號的高信號選擇器，閉環(huán)PID模塊被連接成一個上述輸入，沖擊事件存儲器被連接成另一個所述輸入，高信號選擇器選擇對應(yīng)著最大閥門開度的輸入控制信號，用來控制閥門的開度。
6．如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征是沖擊控制器包括一個可以執(zhí)行開環(huán)控制循環(huán)的開環(huán)模塊，用來迅速打開閥門，然后朝著存儲的低限緩慢地關(guān)閉閥門，開環(huán)模塊被連接到高信號選擇器作為一個上述輸入。
7．如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征是開環(huán)模塊在壓縮機(jī)的工作點(diǎn)處在沖擊區(qū)域內(nèi)時開始工作，使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)回到穩(wěn)定工作區(qū)域，沖擊限制存儲器相應(yīng)地存儲一個新的閥門位置低限，這一低限大于先前存儲的閥門位置低限，并且把上述新的閥門位置低限連接到高信號選擇器，用來產(chǎn)生一個新的閥門低限。
8．如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征是進(jìn)一步包括由連接到?jīng)_擊限制存儲器的復(fù)位輸入構(gòu)成的一個維修輸入裝置，用于在處理完沖擊狀態(tài)之后用人工將閥門位置的低限恢復(fù)到零閥門開度。
9．如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征是沖擊控制器具有兩種控制模式(ⅰ)在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的靜止模式，用來把反沖擊閥門維持在存儲的低限，以及(ⅱ)反沖擊模式，用來從存儲的低限開始控制反沖擊閥門的開度，使增加的流量足以阻止壓縮機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)入沖擊區(qū)域。
10．如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征是在反沖擊模式中包括一個循環(huán)模式，用來充分地打開閥門，使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)回到穩(wěn)定工作區(qū)域，并且朝著存儲的低限重新關(guān)閉閥門。
11．一種控制系統(tǒng)，用于在動態(tài)壓縮機(jī)中防止沖擊復(fù)發(fā)，壓縮機(jī)在一個壓縮機(jī)特性線圖中具有一個可以確定的可變工作點(diǎn)，這種特性線圖包括一個沖擊區(qū)域，一個穩(wěn)定工作區(qū)域，把兩個區(qū)域分開的一條沖擊線，以及處在穩(wěn)定工作區(qū)域內(nèi)但是離開沖擊線的一條沖擊控制線，該控制系統(tǒng)包括一個可以調(diào)節(jié)閥門開度的反沖擊閥門，用于旁路壓縮機(jī)的流量；一個沖擊檢測器，用來檢測沖擊事件的開始，并且產(chǎn)生一個沖擊信號；一個低限控制模塊，其數(shù)據(jù)輸入對應(yīng)著反沖擊閥門的閥門開度，其控制輸入操作性連接到?jīng)_擊檢測器，用來存儲沖擊事件開始時的閥門位置，用低限控制模塊響應(yīng)沖擊信號，存儲一個與沖擊事件開始時的閥門開度有關(guān)的新的低限，用來防止沖擊事件復(fù)發(fā)；一個閉環(huán)PID模塊，用來在壓縮機(jī)的工作點(diǎn)到達(dá)沖擊控制線時對反沖擊閥門進(jìn)行控制；以及連接到低限控制模塊和PID控制模塊的一個高信號選擇器，高信號選擇器選用對應(yīng)著最大閥門開度的模塊作為一個輸出控制信號，用來控制閥門。
12．如權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征是低限控制模塊包括一個在數(shù)據(jù)輸入上增加一個Δ增量的裝置，從而使存儲的閥門位置相當(dāng)于沖擊開始時的閥門位置加上該Δ增量。
13．如權(quán)利要求12所述的控制系統(tǒng)，其特征是Δ增量是一個固定量的閥門開度。
14．如權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征是還包括一個可以用人工操作的可維修復(fù)位裝置，用來在沖擊狀態(tài)得到糾正之后將低限控制模塊復(fù)位到最小開度信號，該信號相當(dāng)于關(guān)閉反沖擊閥門。
15．在動態(tài)壓縮機(jī)中防止沖擊復(fù)發(fā)的一種方法，壓縮機(jī)在一個壓縮機(jī)特性線圖中具有一個可以確定的可變工作點(diǎn)，在特性線圖中包括由一條沖擊線分開的一個沖擊區(qū)域和一個穩(wěn)定工作區(qū)域，該方法包括以下步驟用一個可以調(diào)節(jié)閥門開度的反沖擊閥門來旁路壓縮機(jī)；連續(xù)地監(jiān)視壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，并且暫時打開閥門，使之從低限的最小開度起直到完全打開，把工作點(diǎn)限制在遠(yuǎn)離沖擊區(qū)域；檢測沖擊事件的開始；檢測沖擊事件開始時的閥門開度；以及按照檢測到的沖擊事件開始時的閥門開度位置來增加低限的閥門開度。
16．按照權(quán)利要求15的方法，其特征是增加低限閥門開度的步驟是在上述檢測的閥門開度上增加一個Δ增量，使低限的閥門開度稍微大于檢測到的沖擊事件開始時的閥門開度。
17．按照權(quán)利要求16的方法，其特征是Δ是一個固定量的閥門開度。
18．按照權(quán)利要求15的方法，其特征是連續(xù)監(jiān)視的步驟中包括執(zhí)行一種閉環(huán)PID控制，把壓縮機(jī)的工作點(diǎn)控制在沖擊線和穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的沖擊控制線之間。
19．按照權(quán)利要求18的方法，其特征是連續(xù)監(jiān)視的步驟中還包括執(zhí)行一種控制閥門開度的開環(huán)控制，用來使壓縮機(jī)脫離沖擊。
全文摘要
一種在動態(tài)壓縮機(jī)(11)中防止沖擊復(fù)發(fā)的控制系統(tǒng)(20)。用一個反沖擊閥門(12)使流量旁路,并且由控制系統(tǒng)將其控制在一個低限和一個全開位置之間。低限的初始值是零,也就是反沖擊閥門完全關(guān)閉。在壓縮機(jī)發(fā)生沖擊時,由系統(tǒng)檢測出反沖擊閥門在沖擊開始時的位置,并且把對應(yīng)著檢測位置的一個位置當(dāng)作新的低限(40)來存儲。存儲的位置最好是檢測位置加上一個小的增量,以免沖擊現(xiàn)象復(fù)發(fā)。
文檔編號F04D27/02GK1212038SQ97192526
公開日1999年3月24日 申請日期1997年1月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月2日
發(fā)明者L·D·麥萊斯特, G·W·博斯蒂克 申請人:伍德沃德調(diào)控器公司