多级离心式空气压缩机恒压供气的控制方法与流程

本发明涉及离心式压缩机控制技术领域，特别是涉及多级离心式压缩机恒压供气的控制方法。

背景技术：

多级离心式压缩机广泛应用于石油化工、空气分离和医药工程等各个方面，用于提供工业用气体，在很多应用场合都需要恒压供气，在工业现场，由于工艺以及其他方面影响，导致用气量经常发生变化；另外管道的长短，储气罐大小等因素也导致不同的场合由于用气量变化导致压缩机压力变化的快慢有很大的不同，由于其应用工业现场的情况比较复杂，给多级离心式压缩机的恒压控制带来很大的难度，另外在控制过程中，导叶和放空阀的开关速度，会使得导叶IGV或者放空阀BOV开度的设定值>实际值，如果处理不当，会造成超调的可能。而且要始终避免由于超调以及电流值漂移带来的超电流停机和喘振停机给生产带来的影响。因此，需要提供一种能够恒定控制进气量的控制方法，通过控制导叶和放空阀的开度，对压缩机恒定供气加以控制，从而消除压缩机供气状态不稳定的现象。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中无法对用气现场提供恒定供气，恒压供气控制难度大，控制过程中经常会出现超电流停机和喘振停机的问题，提供一种多级离心式压缩机恒压供气的控制方法，该方法根据压缩机设计参数以及实验数据，确定压缩机的控制调节区域图，再根据当前压力值和电流值判断目前处于哪个调节区域，通过PID调节进口导叶IGV或放空阀BOV的开度大小，达到恒压供气的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

多级离心式空气压缩机恒压供气的控制方法，包括以下步骤：

第一步，根据多级压缩机的设计参数结合性能仿真与实验数据得出多级压缩机性能曲线；

第二步，确定卸载压力值和再加载压力值，结合第一步确定多级压缩机的喘振区、导叶调节区和放空阀调节区；

第三步，设置压缩机正常工作时的设定压力值P_设定和死区范围，基于目标值和实际值的差值大小，选择不同的比例-微分-积分PID调节参数，通过比例-微分-积分PID调节，生成调节信号；

第四步，多级压缩机再加载压力值为P_再加载，测量的出口压力值为P_current，卸载压力值为P_卸载；若P_再加载＜P_current＜P_卸载，则压缩机进入全恒压控制调节模式，进入步骤五；若当前压力值P_current>P_卸载，则进入强制卸载模式，进入步骤六，若当前压力值P_current<p_再加载，则进入再加载模式，进入步骤七；

第五步，根据多级压缩机当前电流值，确定多级压缩机调节区间，并根据目标值和实际值差值，确定PID调节参数，通过PID调节压力值；

第六步，全开放空阀，然后调节进口导叶IGV开度使多级压缩机使当前电流值I_current＝最小电流值I_min，然后进入全恒压调节模式。

第七步，调节进口导叶IGV开度使多级压缩机使当前电流值I_current＝最小电流值I_min，然后全开放空阀，再次调节进口导叶IGV开度使多级压缩机使当前电流值I_current＝最小电流值I_min，进入全恒压调节模式。

优选地，所述步骤五中若当前电流值I_current≧最小电流值I_min，则压缩机处于导叶调节区，生成的调节信号送给导叶控制器，控制进口导叶的开度从而调节压缩机出口压力的大小；反之，若当前电流值I_current≦最小电流值I_min，则压缩机工作区间处于放空阀调节区，调节信号送给放空阀控制器，控制放空阀开度大小从而调节实际压力的大小，达到恒压供气目的。

优选的，所述步骤七中如果P_current<p_再加载，则直接进入再加载模式，全关放空阀，利用PID调节进口导叶IGV开度，使系统恢复全恒压供气；如果P_current>p_再加载,则直接进入调节放空阀区，通过PID对放空阀开度进行调节，达到正常工作所需压力P_设定。

优选地，当系统运行正常后，若P_current>P_死区上限，判断电流值的大小，当I_current≦I_min时，保持导叶开度不动，进入PID调节放空阀区域，调节放空阀，放空阀在0-100％的范围内调节；若P_current＜P_死区下限，根据电流当前值判断PID调节位于哪个区域以及放空阀BOV状态：

如果BOV不在全关状态，且系统处于调节BOV区域，则调节BOV的开度，使压力实际值增大到压力设定值死区范围内，直至BOV全关；

如果BOV为全关状态，则直接通过PID调节进口导叶IGV开度值来调节压力实际值大小，当I_current≧I_max时保持导叶开度不变，使压力实际值增大到压力设定值死区范围内。

优选的，所述的压缩机控制过程中还设定有电流漂移余量Δb，若电流当前值I_current>I_max+Δb，则需要自动关闭导叶，使当前电流值I_current<I_max，防止超电流停机。设置电流漂移余量是为了防止由于温差、电压波动等因素，造成压缩机出现超电流停机现象发生，通过及时关闭导叶开度，避免出现压缩机停机现象。

本发明的有益效果：根据压缩机设定参数和实验数据确定压缩机控制调节区域，再根据当前压力值和电流值判断目前处于哪个调节区域，通过PID调节进口导叶IGV或放空阀BOV的开度大小，达到恒压调节的目的，并在恒压调节过程中，对因环境因素造成当前压力大于卸载压力或当前压力小于再加载压力还设置了强卸载模式和再加载模式，确保恒定供气，另外在控制过程中还设置有电流漂移余量，如果当前电流超过最大电流和漂移量的总和，则系统自动关闭导叶，避免因为超电流发生停机和喘振的发生。本发明能够自动精确控制多级离心式空气压缩机供气压力，可以连续自动的为工业生产提供稳定的工作压力。

附图说明

图1为本发明的控制流程图；

图2为多级离心式压缩机调压系统结构图；

图3为控制调节区图；

图4为不同调节区调节示意图。

附图标记

附图中，1、进口导叶IGV；2、放空阀BOV；

3、PID调节放空阀BOV区域；4、PID调节导叶IGV区域

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1所示，多级离心式空气压缩机恒压供气的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，根据多级压缩机的设计参数结合性能仿真与实验数据得出多级压缩机性能曲线；

第二步，确定卸载压力值和再加载压力值，结合第一步确定多级压缩机的喘振区、导叶调节区和放空阀调节区；

第三步，设置压缩机正常工作时的设定压力值P_设定和死区范围，基于目标值和实际值的差值大小，选择不同的比例-微分-积分PID调节参数，通过比例-微分-积分PID调节，生成调节信号；

第四步，多级压缩机再加载压力值为P_再加载,，测量的出口压力值为P_current，卸载压力值为P_卸载；若P_再加载＜P_current＜P_卸载，则压缩机进入全恒压控制调节模式，进入步骤五；若当前压力值P_current>P_卸载，则进入强制卸载模式，进入步骤六，若当前压力值P_current<p_再加载，则进入再加载模式，进入步骤七；

第五步，将多级压缩机当前电流值与最小电流值比较，确定多级压缩机调节区间；若当前电流值I_current>最小电流值I_min，则压缩机处于导叶调节区4，生成的调节信号送给导叶控制器，控制进口导叶的开度从而调节多级压缩机出口压力的大小；反之，若当前电流值I_current≦最小电流值I_min，则压缩机工作区间处于放空阀调节区3，调节信号送给放空阀控制器，控制放空阀开度大小从而调节实际压力的大小，达到恒压供气目的。

第六步，全开放空阀2，然后调节进口导叶1开度使多级压缩机使当前电流值I_current＝最小电流值I_min，然后进入全恒压调节模式。

第七步，调节进口导叶1开度使多级压缩机使当前电流值I_current＝最小电流值I_min，然后全开放空阀2，再次调节进口导叶1开度使多级压缩机使当前电流值I_current＝最小电流值I_min，进入全恒压调节模式。

如图2所示，图中1为进口导叶IGV，安装于多级离心式压缩机进口处，2为放空阀BOV，一端安装于出口管路支路上，另一端通向大气。进口导叶IGV1主要通过调节导叶开度的大小来调节多级离心式压缩机进口流量；放空阀BOV2通过将出口多余的流量排放到大气中，来达到调节出口压力(流量)的目的，除此之外，还用来防止多级离心式压缩机喘振的发生。

如图3、图4所示，根据设计参数以及实验数据，画出控制调节区图，其中设定压力P_设定为工作压力即为目标值，死区为目标压力允许的波动范围；卸载压力线与进口导叶调节喘振线上部区域为喘振区，最小电流线I_min左边网纹部分为PID调节BOV区3，右边网纹为PID调节IGV区4，总之，判断PID调节位于哪个区，只需要对当前电流值I_current和最小电流值I_min进行比较，如果I_current≥I_min，比例-积分-微分PID调节进入调节IGV区域，反之，则进入调节BOV区域。

系统启动过程中，放空阀BOV2处于全开状态，导叶会打开一个小开度C％,根据实验导叶开度C％使多级离心式压缩机的电流值I_current处于最大电流I_max与最小电流I_min之间(PID调节IGV区4)且不在喘振区，由于此时放空阀处于全开状态，多级离心式压缩机出口流量大部分通过放空阀排入大气中，所以此时当前压力值P_current<压力设定值P_设定。全关放空阀，系统转入正常运行后，P_current与P_设定进行比较，如果P_current>死区上限值设定值P_死区上限，由于此时系统工作在PID调节IGV区4，则通过PID调节IGV4，并判断电流值的大小，当I_current≦I_min时，触发一个上升沿信号并把此时导叶开度反馈值送入导叶开度设定值，并保持导叶开度不动。如果此时P_current>P_死区上限，则进入PID调节放空阀区3域，此时将通过比例-积分-微分PID调节放空阀BOV2在0-100％的范围内调节。

若P_current＜死区下限值P_死区下限，则应根据电流当前值判断PID调节位于哪个区域内以及此时BOV2的状态：如果BOV2不是在全关状态，且系统工作于调节BOV区域，则通过比例-积分-微分PID调节BOV2的开度，通过关小放空阀BOV2开度来使压力实际值增大到压力设定值死区范围内，直至BOV全关。

如果P_current<死区下限值P_死区下限且BOV为全关状态，则无论系统是工作在调节IGV区域还是调节BOV区域内，都直接通过PID调节IGV开度值来调节压力实际值的大小。此时随着IGV开度的增加，电流也会相应的增加，当I_current≧最大电流值I_max时触发一个上升沿信号并把导叶开度当前值送入进口导叶IGV开度设定值，并使导叶开度保持此开度不变。在此状态下，由于IGV开度不变且BOV处于全关状态，当前电流值也不会发生变化。

当系统长期运行，由于温差、电压波动等因素，会引起电流值的漂移，所以在控制过程中，设定一个电流漂移余量Δb。如果电流当前值I_current>最大电流值I_max+Δb，则需要自动关闭导叶值，使当前值下降到最大电流值附近。避免因为超电流发生停机。

在压缩机控制过程中，因为出口管道上阀门被关闭等不确定的因素，可能导致多级压缩机出口压力值P_current>P_卸载的情况，因此，需要对压缩机进行强制卸载操作，在这种操作模式下，首先全开放空阀2，然后调节IGV开度使I_current＝I_min，此时如果P_current<p_再加载，则直接进入再加载模式，全关放空阀，利用PID调节IGV1开度，使系统恢复全恒压供气；如果P_current>p_再加载,则直接进入PID调节放空阀区3，直接通过PID对放空阀开度进行调节，从而使系统压力再次达到正常工作所设定的压力P_设定。

以上过程循环执行，从而达到多级离心式压缩机全恒压调节的目的。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。