离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法及装置与流程
本发明涉及离心压缩机技术领域，特别是涉及一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法及装置。
背景技术：
离心压缩机作为炼油、化工企业的核心动力设备，安全生产和稳定运行非常重要。化工装置和用途的不同，使得离心压缩机的压缩气体介质也有所不同。离心压缩机的压缩气体介质除了空气以外，有毒、有害或者易燃、易爆的其他介质通常也可以被压缩，因此，在离心压缩机的生产运行过程中，为了保证安全生产和稳定运行，对离心压缩机进行干气密封以及对密封后气体与平衡管之间的压差控制尤为重要。
离心压缩机主密封气作为离心压缩机一级密封气，通常以离心压缩机出口端的工艺气体作为主密封气，离心压缩机运行时出口端的工艺气体一般会提供一个相对离心压缩机平衡管压力较高的气源，通过聚结器和过滤器经过调节阀调节后作为一级密封气，经过有效的调节离心压缩机主密封气与平衡管的压差在一定范围内，可以保证离心压缩器中以及密封气的密封性。
然而，该控制方法的抗干扰性较差，对于离心压缩机的主密封气压力稳定性依赖性强，一旦离心压缩机主密封气出现扰动，无法实现对离心压缩机中主密封气与平衡管压差的精准控制。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法及装置，能够对离心压缩机中主密封气与平衡管压差进行精准控制。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法，该方法包括：
获取离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差；
将所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出，所述预先构建的控制模型包括闭环控制与中加入有扰动变量的前馈控制；
基于所述控制输出对阀门动作进行控制，以使得所述主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。
另一方面，本发明实施例还提供了一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制装置，该装置包括：
获取单元，用于获取离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差；
预判单元，用于将所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出，所述预先构建的控制模型包括闭环控制与中加入有扰动变量的前馈控制；
控制单元，用于基于所述控制输出对阀门动作进行控制，以使得所述主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。
本发明实施例提供的一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法及装置，通过将离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出，并基于控制输出对阀门动作进行控制，以使得主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。与现有技术中经过调节来控制主密封气与平衡管之间的压力差的方式相比，本申请基于离心压缩机出口端工艺气的扰动来消除其对离心压缩机主密封气与平衡管之间压力差的影响，以使得离心压缩机出口端工艺气压力出现扰动之初，控制系统就可以预先输出前馈控制，对离心压缩机主密封气与平衡管压差预期可达到的扰动进行预判和控制，而不需要等到离心压缩机主密封气与平衡管压差实际出现偏差后再进行控制，能够为离心压缩机组提供一个稳定、可靠、抗干扰能力强的一级密封气。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法流程图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法流程图；
图3示出了本发明实施例提供的一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制装置结构示意图；
图4示出了本发明实施例提供的另一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法，如图1所示，所述方法包括：
101、获取离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差。
通常情况下，离心压缩机运行过程中工作腔以及平衡管处会设置有压力表，主要是用来监测压差，以保证离心压缩机的正常工作。而在离心压缩机运行时出气口端的工艺气体一般会提供一个压力相对离心压缩机平衡管压力较高的气源，通过聚结器和过滤器经过调节阀后作为主密封气，与平衡管会产生压力差，具体可以根据工作腔内以及平衡管处设置的压力表来计算离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差。
102、将所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出。
其中，预先构建的控制模型包括闭环控制与中加入有扰动变量的前馈控制，这里闭环控制可以为经典闭环pid控制，以离心压缩机主密封气与平衡管之间的压力差作为控制变量，当离心压缩机主密封气与平衡管之间的压力差小于预设数值范围时，pid控制输出为阀门开启动作，当离心压缩机主密封气与平衡管之间的压力差大于预设数值范围时，pid控制输出为阀门关闭动作。这里加入有扰动变量的前馈控制为经典闭环pid控制的反馈控制，将离心压缩机出口端的工艺气压力作为扰动变量，该扰动变量对应前馈输出作用在pid控制输出的基础上，当离心压缩机出口端的工艺气压力减小时，前馈输出为作用在pid控制输出基础上的阀门开启动作，当离心压缩机出口端的工艺气压力增大时，前馈输出为作用在pid控制输出基础上的阀门关闭动作。
在本发明实施例中，预先构建的控制模型可以在离心压缩机主密封气与平衡管之间的压力差在预设数值范围内的情况下提前进行预判，进而提前对阀门进行控制，而并非是等到压力差超出预数值范围后在进行控制。
103、基于所述控制输出对阀门动作进行控制，以使得所述主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。
应说明的是，当控制阀门动作时，可以采用pid自动控制和手动控制，当其采用手动控制时，其阀门动作的调节方式可以与手阀的功能相同；当其采用pid自动控制时，其控制对象为离心压缩机中主密封气与平衡管压差作为调节对象，当离心压缩机中主密封气与平衡管压差大于设定参数(例如0.2mpa)时，表明进入压缩机的主密封气增大，通过pid控制阀门关闭动作，以使得主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内；当离心压缩机中主密封气与平衡管压差小于设定参数(例如0.27mpa)时，表明进入压缩机的主密封气减小，通过pid控制阀门开启动作，以使得主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。
本发明实施例提供的一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法，通过将离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出，并基于控制输出对阀门动作进行控制，以使得主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。与现有技术中经过调节来控制主密封气与平衡管之间的压力差的方式相比，本申请基于离心压缩机出口端工艺气的扰动来消除其对离心压缩机主密封气与平衡管之间压力差的影响，以使得离心压缩机出口端工艺气压力出现扰动之初，控制系统就可以预先输出前馈控制，对离心压缩机主密封气与平衡管压差预期可达到的扰动进行预判和控制，而不需要等到离心压缩机主密封气与平衡管压差实际出现偏差后再进行控制，能够为离心压缩机组提供一个稳定、可靠、抗干扰能力强的一级密封气。
进一步地，本发明实施例提供另一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法，具体的离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制方法流程图如图2所示，所述方法包括：
201、获取离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差。
在本发明实施例中，为了提供给离心压缩机组一个稳定、可靠的工作环境，离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差一般维持在预设数值范围内，这里预设数值范围可以是单个数值，例如，0.2mpa，0.3mpa，还可以是数值范围，例如0.2-0.3mpa，这里不进行限定。一旦超出该预设数值范围，需要通过调节阀门开关来维持离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差处于稳定状态，例如，当压力差小于预设数值范围的时候，开启阀门，当压力差大于预设数值范围的时候，关闭阀门。
202、以所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差作为控制变量，构建闭环控制。
应说明的是，这里的阀门以离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差作为控制参数，采用闭环pid控制，当离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差大于设定参数(例如，0.2mpa)时，表明进入离心压缩机中密封气过多，pid采用关闭阀门动作；当离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差小于设定参数(例如，0.2mpa)时，说明进入离心压缩机中密封气过少，pid采用开启阀门动作。
此方法优点在采用经典闭环pid控制，在稳态状态下调节精准控制及时；缺点在于抗干扰能力弱，对于离心压缩机主密封气压力稳定依赖性强，一旦离心压缩机主密封气压力出现扰动，需要等到离心压缩机主密封气与平衡管压差与设定参数出现偏差后，才能做出补偿扰动对离心压缩机主密封气与平衡管压差做出影响。此配置适合操作人员操作，对于离心压缩机组安全等级有一定要求，且运行环境稳定。所以，本申请以闭环控制作为基础控制，增加扰动变量，具体过程见步骤203-步骤204中所描述。
203、通过在离心压缩机出口端设置压力测量点，获取离心压缩机出口端的工艺气压力。
由于离心压缩机出口端的工艺气压力经常会随着工况变化而产生波动。当采用可变转速调节工况时，离心压缩机转速上升时离心压缩机出口端的工艺气压力会升高，离心压缩机转速下降时离心压缩机出口端的工艺气压力会降低；当采用入口阀调节工况时，离心压缩机入口阀开度增加时离心压缩机出口端的工艺气压力会升高，离心压缩机入口阀开度减小时离心压缩机出口端的工艺气压力会降低。
本申请通过在离心压缩机出口端的工艺气进入主密封气管路后与聚结器前设置离心压缩机出口端工艺气压力测量点，从而获取离心压缩机出口端的工艺气压力，能够在经典闭环pid调节难以控制时，及时对离心压缩机主密封气与平衡管压差进行预判，从而消除离心压缩机出口端的工艺气压力扰动对被控参数离心压缩机主密封气与平衡管压差的影响。
204、以所述离心压缩机出口端的工艺气压力作为扰动变量，构建加入扰动变量的前馈控制。
本申请实施例通过在经典闭环pid控制输出的基础上将离心压缩机出口端的工艺气压力作为扰动变量，在离心压缩机出口端的工况压力出现扰动时反馈给控制输出，而不是等到离心压缩机主密封气与平衡管之间的压力差出现偏差后再进行控制输出，能够为离心压缩机组提供一个稳定、可靠、抗干扰能力强的一级密封气。
205、当所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差超出预设范围时，更新所述预先构建的控制模型中闭环控制输出。
具体地，如果离心压缩机主密封气与平衡管压差不处于预设数值范围时，可以通过执行预先构建的控制模型中闭环控制，当离心压缩机主密封气与平衡管压差大于预设数值范围时，设置闭环控制输出正向增加，当离心压缩机主密封气与平衡管压差小于预设数值范围时，设置闭环控制输出负向增加。
206、当所述离心压缩机出口端工艺气压力发生扰动时，更新所述预先构建的控制模型中加入扰动变量的前馈控制输出。
具体地，如果当离心压缩机转速上升或者下降，又或者因为离心压缩机入口阀开度增大或者减小导致离心压缩机出口端压力发生扰动时，可以通过执行预先构建的控制模型中加入扰动变量的前馈控制，当离心压缩机出口端压力减小时，设置前馈控制输出为正；当离心压缩机出口端压力增大时，设置前馈控制输出为负。
207、根据所述预先构建的控制模型中闭环控制输出以及所述预先构建的控制模型中加入扰动变量的前馈控制输出进行预判，得到控制输出。
在离心压缩机出口端的工艺气进入主密封气管路后与聚结器前设置离心压缩机出口端工艺气压力测量点，作为干扰量设定dv，以离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差作为控制变量pv，设定参数sp＝0.2mpa，采用闭环控制结合前馈控制，如下：
控制输出为mv＝mvpid+ffwd，即为闭环pid控制输出mvpid与前馈控制输出ffwd之和。
其中，mvpid为闭环pid控制，该闭环pid控制对应输出传递函数为
其中，ffwd为前馈控制，该前馈控制对应输出传递函数为
结合步骤204以及步骤205中更新后的闭环控制输出以及更新后加入扰动变量的前馈控制输出。举例说明，离心压缩机出口端工艺气压力为5mpa(g)，离心压缩机主密封气与平衡管压差pv＝0.2mpa，阀门在经典闭环pid控制作用下输出为50％，此时处于稳定状态。如果离心压缩机出口端压力发生扰动时，当离心压缩机出口端压力减小时，前馈控制输出为5％，根据mv＝mvpid+ffwd，阀门的控制输出为mv＝50％+(5％)＝55％；当离心压缩机出口端压力增大时，前馈控制输出为-5％，根据mv＝mvpid+ffwd，阀门在前馈控制输出作用下输出为mv＝50％+(-5％)＝45％。可以理解的是，这里前馈控制的输出是实时的、动态的，且超前控制的，所以需要设置扰动通道的时滞时间tp大于控制通道的时滞时间td。
208、基于所述控制输出对阀门动作进行控制，以使得所述主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。
本申请主要控制思想为基于离心压缩机出口端工艺气压力的扰动来消除其对离心压缩机主密封气与平衡管压差的影响，基于离心压缩机主密封气与平衡管压差实际值pv与设定值sp的偏差来消除离心压缩机主密封气与平衡管压差的偏差，这使得离心压缩机出口端工艺气压力出现扰动之初，控制系统即可基于前馈控制输出，对离心压缩机主密封气与平衡管压差预期可能达到的扰动进行预判和控制，而不需要等到离心压缩机主密封气与平衡管压差实际出现偏差后再进行控制，能够为离心压缩机组提供一个稳定的、可靠的、抗干扰能力强的一级密封气。
为了实现上述方法实施例，本实施例提供一种与上述方法实施例对应的装置实施例，如图3所示，其示出了一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制装置，该装置可以包括：
获取单元31，可以用于获取离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差；
预判单元32，可以用于将所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出，所述预先构建的控制模型包括闭环控制与中加入有扰动变量的前馈控制；
控制单元33，可以用于基于所述控制输出对阀门动作进行控制，以使得所述主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。
本发明实施例提供的一种离心压缩机中主密封气与平衡管压差的控制装置，通过将离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出，并基于控制输出对阀门动作进行控制，以使得主密封气与平衡管之间的压力差在预设范围内。与现有技术中经过调节来控制主密封气与平衡管之间的压力差的方式相比，本申请基于离心压缩机出口端工艺气的扰动来消除其对离心压缩机主密封气与平衡管之间压力差的影响，以使得离心压缩机出口端工艺气压力出现扰动之初，控制系统就可以预先输出前馈控制，对离心压缩机主密封气与平衡管压差预期可达到的扰动进行预判和控制，而不需要等到离心压缩机主密封气与平衡管压差实际出现偏差后再进行控制，能够为离心压缩机组提供一个稳定、可靠、抗干扰能力强的一级密封气。
在具体的应用场景中，如图4所示，所述装置还包括：
第一构建单元34，可以用于在所述获取离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差之后，以所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差作为控制变量，构建闭环控制；
在具体的应用场景中，如图4所示，所述扰动变量以所述离心压缩机出口端工艺气压力作为前馈控制，所述装置还包括：
设置单元35，可以用于在所述将所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差输入至预先构建的控制模型中进行预判，得到控制输出之前，通过在离心压缩机出口端设置压力测量点，获取离心压缩机出口端的工艺气压力；
第二构建单元36，可以用于以所述离心压缩机出口端的工艺气压力作为扰动变量，构建加入扰动变量的前馈控制。
在具体的应用场景中，如图4所示，所述第二构建单元36包括：
设置模块361，可以用于通过增加死区时间和扰动死区范围，对所述扰动变量进行滤波设置；
执行模块362，可以用于当所述离心压缩机出口端工艺气压力对应的扰动时间超出所述死区时间和/或所述离心压缩机出口端工艺气压力对应的扰动时间超出所述扰动死区范围时，执行所述预先构建的控制模型中加入扰动变量的前馈控制输出。
在具体的应用场景中，如图4所示，所述预判单元32包括：
第一更新模块321，可以用于当所述离心压缩机中主密封气与平衡管之间的压力差超出预设范围时，更新所述预先构建的控制模型中闭环控制输出；
第二更新模块322，可以用于当所述离心压缩机出口端工艺气压力发生扰动时，更新所述预先构建的控制模型中加入扰动变量的前馈控制输出；
预判模块323，可以用于根据所述预先构建的控制模型中闭环控制输出以及所述预先构建的控制模型中加入扰动变量的前馈控制输出进行预判，得到控制输出。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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