【JST-036】CCC及其它ITCC系统问题一对一答疑讨论。（技术更新至253楼）

我们的机组是PTA的空气压缩机，沈鼓产品，防喘振采用CCC，震动是BENTELY3500，连锁用的是西门子S7400，上位监测是深圳创为时S8000。FTA的小卡五年内坏了2个。

其实，把机组控制和ESD做到一起，再加上系统有SOE功能，这对于分析非计划停车原因绝对是有好处的，还有一点，三重化表决可不是扯淡，至少单点故障不会造成非计划停车，变送器也有SIL认证的，单个变送器如果没有SIL认证可以通过冗余来实现SIL等级。本人一点拙见！

tricon自己也有解耦控制功能块，汽轮机抽气主汽双解耦，转速喘振解耦，导叶防喘阀解耦都可以做，貌似也有投用的项目，只是很少，也不知道效果怎么样。 还有并联机组的负荷分配，在煤制气天然气并联机组上有应用。 接触过西气东输的四台并联压缩机 ，机组厂家自己的控制器，有负荷分配但貌似客户不投

淡定的年轻人 发表于 2014-7-21 11:43

                               
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tricon自己也有解耦控制功能块，汽轮机抽气主汽双解耦，转速喘振解耦，导叶防喘阀解耦都可以做，貌似也有投 ...

其实MICON研究机组控制这么多年，不会没有这些功能块的，象PROC_SRG_DECPL的喘振和性能解耦块，功能上还是有的，但想要用好这些功能，不是仅仅会编点程序就行的，最重要的是对机组的了解程度。

简单介绍一下目前主流的喘振线算法的推导过程，高手可以无视：
目前象TRICON,ICS,GE,包括CCC，都对厂家提出的性能曲线进行了坐标变换，坐标改为了纵坐标是压比(Rc)或简化压头（hr），横坐标是简化流量的平方（hs/Ps）或是简化功耗（CCC算法）。
为什么要这样变换呢，我认为原因主要有两个。
1.我们知道厂家给出的性能曲线纵坐标一般是出口压力，横坐标是入口流量，这个曲线是在一个固定的入口条件下给出的，也就是说与入口的温度，压力还有介质的分子量有关。如果工况不在这个条件下，性能曲线也会变化，对于一台机组，可以有不同的介质，比如可以空气试车，氮气吹扫，然后再生气工艺，这时分子量也会产生变化，对于分子量变化的情况，厂家会给出不同工况不同分子量的多个坐标的曲线，这就会产生很多条喘振线。采用简化算法后，可以将多工况多分子量的喘振线合并为一条喘振线。（可以参考CCC宣传文档的简单介绍）。
2.厂家给出的曲线坐标是Pd与Q的关系，压力与Q的关系不是线性的，而是抛物线，这样，如果用这些抛物线的极限点做喘振线，会增加或是减小了安全区。压力是与Q平方成线性关系的，在下面推导中会看出来。

推导过程：


N：转速
Qs:流量
Hp：多变压头

多变压头公式：



流量公式：


Hp和Qs代入上面第三个公式，最后可以推导出：



简化压头hr公式：

这里Rc=Pd/Ps
σ=n-1/n
根据上面的hs公式，可以求出hs/Ps与hr的对应关系。
到此为止，可以看出，纵坐标是hr或Pd/Ps与横坐标简化流量是线性关系。

那么纵坐标还有两种变化。
第一种就是hr，通用算法，什么机组都可以用。（多工况，变分子量的机组，合并曲线时也会用到，合并曲线是个相当相当高级的算法，以后有机会再讨论。）
第二种是Pd/Ps-1,由于σ可以根据等熵指数与多变效率或是出入口压力比的Log/出入口的温度比log值求出，因此，在MW（分子量），k（等熵指数）或Ts（入口温度）的变化小于15%的时候，可以将hr简化为Pd/Ps-1。

CCC还有一种横坐标的算法是在没有流量元件，但可以测转速和功率的情况下使用的。jr=Jg/(N*Ps)，由于这个算法的特殊性，不在这里讨论。


希望对机组算法和控制感兴趣的一起讨论。

楼主请教个问题，某些汽机拖动压缩机带入口导叶，我理解转速和入口导叶的功能有些重复，都是控制流量或出口压力，在运行过程中，如果要调节出口压力或转速,是以导叶调节为主？那什么时候调节转速？ 另，我接触到有的压缩机入口导叶除了控制出口压力外，也受入口温度的限制，或入口流量的限制。请教其中原理?

淡定的年轻人 发表于 2014-7-22 10:59

                               
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楼主请教个问题，某些汽机拖动压缩机带入口导叶，我理解转速和入口导叶的功能有些重复，都是控制流量或出口 ...

这个问题问的好。
得先从到底是选择用汽轮机拖动还是电机拖动说起。
选择用哪种拖动不是机组厂家定的，而是用户的工艺流程来定的。
想用汽轮机，必须得有汽源，没有汽源，只能电机。但汽源是从哪来的，如果自己厂内有汽源，当然不成问题，但是，如果蒸汽是买来的呢，这个就要考虑是买汽的成本高还是用电的成本高，用户都是根据机组的功率来计算哪个更便宜。所以会看到一起上了两套机组，一个用汽轮机，一个用电机的情况，那个用电机的肯定比用蒸汽便宜。还有一种是必须用电机的，就是机组的功率太小，没有那么小的汽轮机，只能用电机，有人说可以用齿轮箱，但这不是浪费吗。
这样，就会有汽轮机和导叶同时出现的机组。
下面说调节问题。
首先明确一点，调节汽轮机转速是所有机组调节方式中最节能的（调节方式包括转速，入口导叶，入口阀，出口阀，防喘振阀）。如果能用汽轮机转速来调，一定要用这个，但是，有些工艺是不能这样调的。
比如如果你调节转速，会影响到蒸汽管线上的其它用汽设备，造成工艺管线的波动。
刚才说用哪种拖动不是厂家定，但调节问题有一部分是厂家来定的。就是说厂家只能给出机组根据导叶变化的性能曲线，而给不出根据转速变化的性能曲线。这样如果按照转速来调，会出现防喘振断点。
不用汽轮机调节，都是被动的，不是不想用，是真不能用。
你说的最后一个问题，控制出口压力受流量限制，是因为要考虑到喘振。比如你降低出口压力，会减小导叶的开度，这时流量也相应的减小，向喘振区靠拢。至于你说的受温度限制，我没听过，不知道是不是因为和流量的补偿有关。

认真看了楼主的这篇技术贴，感觉收获颇多。本人从事机组运行操作20余年，参加了2个大化肥的原始开车，很是认同楼主对机组控制的见解，虽然不是搞仪表的，但是对机组控制系统非常感兴趣。 诚如楼主所说TRICON做的转速控制是真心的慢啊，有时工艺要求急的时候，只能用加大目标设定值和实际转速值偏差来做，然后紧接着就会出现过调，再反过来做，工艺系统波动较大。
再谈一下做控制系统的人员素质，个人认为做控制系统的人员必须对工艺有深刻的理解才能做好。举一个例子，我就碰到东北某自动控制公司用TRICON做机组的抽汽，去他们那里接收系统时，怎么说，他们就是不明白，等我们机组开车时，透平抽汽投用不了，整个工段全部在线等，他们还说解耦模块就是这么做的，不能改。在我的一再坚持下，禁用了自动投用，改为手动慢关低压阀，抽汽才正常投用。老是全复水，冷凝液泵都快挂了。 至今他们也没给我们做好自动投用抽汽。
再说一下防喘振系统，个人认为化肥合成氨装置机组用TRICON做就可以了，对机组保护很好，经历了很多次系统跳车，都能很好的保护机组。平时工艺负荷高一点，机组防喘振阀都基本做到全关。 机组的选型很重要，也就是开始的技术谈判，必须要懂的人去，如果富余量不合适，机组防喘振控制就会很麻烦。
没用过CCC的控制系统，不好评说。按楼主的意思，是不是机组防喘振和转速用CCC做，其他交给TRICON做，安全系统独立做，就是一个完美的机组控制系统的解决方案吗？

fxw98 发表于 2014-7-23 11:08

                               
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认真看了楼主的这篇技术贴，感觉收获颇多。本人从事机组运行操作20余年，参加了2个大化肥的原始开车，很是认 ...

谢谢。

您说的“个人认为做控制系统的人员必须对工艺有深刻的理解才能做好”，非常正确。
机组控制要求的不是你对TRICON,ICS这样的硬件和软件有多了解，而是要真正了解机组，象东北某自动控制公司做的TRICON系统在某些方面做的不完善这是很普遍的，有些公司的技术人员可能连流量计算都搞不清楚。
我一直认为TRICON,ICS虽然在防喘振算法上有些落后，但这么多年在国内市场上的应用，也算还可以，只是对于化工的复杂机组有些力不从心。
现在从越来越多的用户反馈来看，不只是产品的问题，而是开发人员的问题。对于比较稳定，结构不复杂的机组，不需要技术人员有多高的机组控制知识，互相抄一下程序就差不多了，但是对于复杂的机组，工艺相对不稳定的情况，不但要求TRICON,ICS有相应的应对策略，同时要求现场的技术人员有相当高的水平才行。不然东西再好，也是没用。对于一个项目来说，开发占30%，70%是现场服务，用户要的是你能熟练掌握自己的产品，对用户的使用给予指导并提出建议，同时对现场的多变情况进行灵活应对，及时修正并完善自己的控制，这样才能发展进步。机组的控制是建立在强大的理论基础上的，但是机组应用却是要在理论基础上做出合理的选择。

首先声明，我和CCC公司没有任何利益关系，只是站在纯技术的角度发表个人看法。
只是机组控制，不包括ESD的话。
如果机组复杂，或者想达到最优控制，如果在不用woodward505调速的情况下，防喘振，转速，性能控制交给CCC是最优的方案。缺点就是前期投入大，但也要看到后期的效益收益。
如果想少花钱，机组的其它控制用普通的PLC就完全够用了。最多PLC做一个冗余配置，至于SIL认证纯属是可选。老外的机组用普通PLC做的比比皆是。
如果是新项目，在自己可能参与项目筹备或是初期设计时，尽可能的叫CCC来计算节流元件和防喘振阀，尽可能的叫CCC来设计管路布局，而不是叫机组厂家来定，我知道这点可能在供货分界上很难做到。
理由是节流元件和防喘振阀的计算是要看性能曲线的Surge limit line和Estimated choke line算的，而不只是按照厂家给出的机组工况。
管路布局也不能x i惯性的把冷却器和气液分离器随便放在出口或是入口，尤其是多段机组。
如果是改造项目，CCC会建议重新计算上述元件和重新布局，大多情况下会增加冷却器，在资金允许的情况下，听建议吧，一分钱一分货。

TRICON和CCC防喘振控制中微分控制的功能和比较。

众所周知，微分控制就是提前响应，防喘振控制里的微分不是直接作用在PID的输出，而是作用在了增加防喘振线的安全裕量上。
所有的微分响应都是工作点在安全区内完成。
防喘振的微分作用是为了响应工作点的快速变化。

TRICON的做法：
首先在安全区内设定一个常量，如果工作点小于这个常量，启动微分功能。
工作点减去一个小的常量，差值叫做hover，也称做徘徊线或是浮动设定点。hover与防喘振线scl做高选，工作点在安全区，远离防喘振线SCL时，Hover肯定会大于SCL，随着工作点的移动，Hover也实时变化，在控制程序中，Hover就是的个虚拟的防喘振线，也就是PID的SP，因此，SP也是实时变化的，工作点是PV。当工作点快速向左移动时，也就是向喘振线快速移动时，PV值快速减小，Hover也减小，但SP的减小是用Ramp函数来控制的，也就是说，SP的减小是缓慢的，SP是按一定的斜率减小的，直到与Hover相等。因此，PV的快速减小时，会小于SP值，这时，阀门会突然增加一个开度。工作点快速向左移动，通过提前打开一定开度的防喘振阀来达到防喘振的提前响应。同时，SP会依据一定速率向Hover靠拢，当SP大于PV时，阀门会慢慢关闭。阀门打开后,PV会增加，因此，PV和SP的运动是相向。如果工作点快速向右移动，SP会立即等于Hover，而不用Ramp来控制。这样阀门也不会打开。

CCC的做法：
CCC的做法是实时判断工作点移动速率，计算dS/dt值，S可以理解为工作点距离喘振点的距离（实际上不是这么简单，但这样说比较形象），距离与时间的导数就是速度，根据速度的快慢来增加防喘振的安全裕量，速度越快，增加的越多，也就是防喘振线向左移动的越多，工作点越靠近防喘振线。快速移动不是指的一次快速移动，而是指变化快，如果第一个周期移动的快，而第二个周期比第一个周期慢，裕量也不会增加。其实这也就是微分响应的实质，偏差的差值大于0才是快速变化。
如果快速移动的工作点一直没有越过防喘振线，没有实质性的喘振危险，防喘振阀将不会打开，而只是增加了安全裕度。
如果裕量增加的趋势减小，也就是说工作点的移动速度dS/dt比上一个周期减小，也就是说工作不在快速向左移动，这时，增加后防喘振裕量会按照一个固定的速率减小到最初的防喘振裕量。
增加的裕量公式是：CRd=Tc(dS/dt-db)，Tc是微分响应增益。

TRICON的功能是对于快速变化的工作点，即使是在安全区，也有可能打开阀门，对于工艺苛刻的机组来说，工作点快速变化会使本来稳定的工艺产生波动。
CCC的功能是只要工作点的快速变化达不到危险程度，就不打开阀门。
两种做法都能完成有效响应快速变化的工作点，但CCC的做法是能不开就不开，而且可以把预期的防喘振裕量做的最小。


下一次介绍一下TRICON的比例控制和CCC的RTL响应。

青青子衿_ 发表于 2014-7-23 17:35

                               
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TRICON和CCC防喘振控制中微分控制的功能和比较。

众所周知，微分控制就是提前响应，防喘振控制里的微分不 ...

谢谢青老师再次科普！
按照您的说法CCC和TRICON的微分控制功能有两处不同：

一是tricon的微分控制器动作是由于工作点左移速度大于某个固定值（也就是sp向左ramp的速度，没记错的话他们常设置为1 %/s ）。而CCC是微分控制器动作是由于工作点左移加速度大于0（也就是您说的上一个周期比下一个周期速度慢）而且加速度越大动作的越快。 但您给出公式的增加裕量的公式CRd=Tc(dS/dt-db) 是在用 工作点的移动速度和db做比较，这里的db是什么？ 常数？还是上一个周期的速度？

二是tricon的微分控制器动作时是通过PI调节直接作用到阀门，当检测到工作点左移速度过大也就是流量快速减小，控制器会直接开阀增加流量。CCC是增加安全裕度，也就是右移安全线。

比较这两种做法，用青老师的话总结一下就是：CCC的做法就是防喘阀能不开就不开。

假设两台机组工况一模一样，一个用tricon控制一个用CCC控制，两台机组流量同时减小，TRICON是工作点左移速度一大马上开阀，增加流量，使机组远离喘振区，这样做就是安全优先，确保绝对远离喘振区，但弊端就是防喘阀会经常打开，一是浪费能源，二是有时流量减下很大，这时PI作用也很强，瞬间工作点大幅度右移，会造成工作点大范围波动，影响上下游工艺，我也听过别人抱怨过tricon控制的机组工作点离控制线很远时喘振阀莫名其妙的就会开，就是这个原因。而CCC只有当检测到工作点右移速度越来越大时，微分控制器才动作，不是作用在阀门上，而是右移安全线，这样如果工作点持续加速右移，安全线左移，直到二者相遇，防喘振PI控制器才会起作用，开防喘阀。这样既能保证机组不喘振，而且也不会造成工艺大范围波动。

但是我曾经见过某国外大型机组，他们给出的防喘振积分控制跟tricon的类似，工作点左移速度大于某个值，就会梯度式开阀，而且在安全线右侧还有一条release line ，越过这条线也是会梯度开阀。我相信机组厂家是最了解自己机组的人，他们这么做应该有他们的道理。 所以说是不是不可以一概而论谁好谁坏，到底用哪种方式要根据具体的工艺和机组而定？

纯属个人理解，请青老师和各位海友一起讨论，

淡定的年轻人 发表于 2014-7-24 10:31

                               
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谢谢青老师再次科普！
按照您的说法CCC和TRICON的微分控制功能有两处不同：

你的理解有些地方不对。
TRICON的：工作点向左移动的速度是由Hover值来定的，一般设成5%，如果工作点在一个周期内向左移动的距离大于5%，就会开阀。打开多少是由PID自动计算的。Ramp的速率会影响到关阀的快慢，设置成1%,2%,3%的情况都有。TRICON的微分也是作用于PID的SP，然后通过PI控制输出。
CCC的：当前周期工作点的左移速度大于上一个周期的左移速度，就增加一定的安全裕量，增加的多少是由CRd=Tc(dS/dt-db)决定的，这里的db是死区，也就是增加量要是小于死区，就不增加了。

工作点只要在安全区，不开阀是正确的，防喘振控制的要求就是只要保障机组在安全区，就没有必要开阀。
你说的梯度开阀应该是工作点越过防喘振线了。release line应该在防喘振线的左侧。

下一篇我会说一下这种控制方式。

青青子衿_ 发表于 2013-9-11 13:41

                               
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我喜欢从技术上分析问题。
仔细看我的帖子，包括以前的。
这里再重复一下：TRICON和ICS的硬件是买的同一个 ...

大庆乙烯三机，四川乙烯三机，康吉森也做下来了，不论控制好不好，至少没有像你说的“不敢做”

liuperfe 发表于 2014-7-26 06:57

                               
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大庆乙烯三机，四川乙烯三机，康吉森也做下来了，不论控制好不好，至少没有像你说的“不敢做”

乙烯三机中的丙烯制冷是最难的，其它两个没难度，康吉森做的能投自动吗。

青青子衿_ 发表于 2014-7-26 19:35

                               
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没有能力而去做，这是不负责任的表现，目前国内自动化的现状就是只要有活就行，管它会不会做。能拿到项目 ...

您不如讲讲丙烯机的难点在哪儿，为什么难，怎么去解决。相信海友更关心这些技术的东西。而不是去分析哪个 商家的作为。

liuperfe 发表于 2014-7-28 13:43

                               
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您不如讲讲丙烯机的难点在哪儿，为什么难，怎么去解决。相信海友更关心这些技术的东西。而不是去分析哪个 ...

不好意思，去呼伦贝尔草原玩了9天，才回来，回复晚了。

我发现这里的海友不同于其它技术论坛或是技术群，除了有只搞技术的外，还有不少能接触设计，选型，定方案的海友。对于现在国内现状，厂家是以忽悠为主的，从技术角度分析厂家的水平肯定是最重要的，但在厂家销售的三寸不烂之舌下，不少技术问题会被忽略和掩盖，不是专业人员很难分辨，在技术讨论之外，对能有权左右采购之人提出一些其它方面的建议也是必要的。

说一下丙烯制冷压缩机的难点，至于解决方法不能具体到每个环节的算法。

我接触到的丙烯制冷压缩机由汽轮机拖动，单缸分四段压缩，沈鼓生产的一般是3MCL。
一段入口进气，经一段压缩内部进入二段，二段入口补气，混合后经二段压缩内部进入三段，三段入口抽气，剩下气体经三段压缩，内部进入四段，四段入口补气，混合气体经四段压缩，由四段出口排气。
共有四个防喘振阀，分部由四段出口回流，分别回流到一段进气入口，二段补气入口，四段补气入口，三段的防喘振比较特殊，回流到三段抽气出口。
三段出口至一段入口之间有一个石墙控制。
一段进气入口，二段补气入口，三段抽气，四段排气，共四个节流元件。

难点1：二段和三段入口流量的计算。一段入口和四段出口流量可以直接测量，二段和三段入口流量需要用到侧流，虚拟流量计方式计算。
难点2：四个防喘振阀之间解耦。
难点3：入口压力的性能控制与防喘振阀之间的解耦。
解耦处理不好，这台机组不可能投到自动运行。
至于怎么解耦，每个厂家都说有自己的方式，我只看到了CCC和GE的解耦方式，具体怎么做的，以后另外发贴讨论。

楼主对TRICON系统很了解，不过我们遇到的问题是，两台MAN的机组，在运行中三段防喘阀门从开车到现在一直关不完，这个原因与那些有关系，能够分析下吗？？切合我们实际的工况，通过系统的调整能否解决

tiger_168168 发表于 2014-8-8 16:54

                               
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楼主对TRICON系统很了解，不过我们遇到的问题是，两台MAN的机组，在运行中三段防喘阀门从开车到现在一直关不 ...

防喘振阀关不上的原因只有一个，就是工作点与喘振点的相对位置不对，不是喘振点的原因，就是工作点的原因。

先发下流程图看一下，最好有喘振画面的截屏。

楼主接着介绍ccc和tricon的区别啊 ，最好解耦也说一说

chengf 发表于 2013-9-11 16:29

                               
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说了半天，楼主是纸上谈兵，没用过啊。
关于理论上，确实资料上和齐全的。但我目前留下的概念就只有这几 ...

看来CCC的控制方案是好的。