Keera 集团的Alberta EnviroFuels公司，是一家位于加拿大阿尔伯塔省Alberta的企业www.cechina.cn，快速压缩机闭环控制能帮助其更好地从凝析油中生产一种汽油的组分——异辛烷。氢元素质量百分比约为50%的低压气体经压缩后馈送到氢气回收装置,生产出来的氢气提供给需要高纯度氢气的几个工艺步骤。图1所示为Alberta EnviroFuels公司的四个氢气压缩机之一。

图1  Alberta EnviroFuels公司的氢气压缩机侧视图。图片来源：Delta Computer Systems

        由于氢气还原装置的进气非常轻CONTROL ENGINEERING China版权所有，工艺设计人员选择了容积式压缩机（尤其是湿式螺杆压缩机）来压缩进气。因为对高纯度氢气的需求量随着时间的不同而不断地变化，所以压缩工艺过程也需要提供一种方法控制工程网版权所有，以便使螺杆式压缩机提供的压缩气体与对高纯度氢气的需求一致。压缩机供应商没有使用传统的外置式单向控制阀（经过手动调节，保持泄放压力不变），而是建议使用具有内滑阀的螺杆式压缩机。通过内部滑阀的前后移动，可以改变容积（有效的压缩能力）。
        平滑、精确的运动
        Alberta公司的高级过程控制工程师Phil Prins说，“现在的挑战是，当我们一直致力于寻求对过程参数（本文指压缩机的压缩能力）进行精确控制时，其实我们经常是在平滑控制方面期望更高。”使用原来的控制策略来定位内部滑阀，既不精确也不平滑。
        从技术角度来讲，Alberta公司的螺杆式压缩机为两级压缩型。第一级将气体压缩至250Psi，第二级从250Psi压缩至500Psi。每一级都有自己的滑阀。驱动压缩机的马达输出为1250hp。压缩机长18ft，宽2.5ft。当适当的高压油压建立起来，可以为压缩机内部的转子间隙提供密封、为径向推力轴承提供润滑的时候，液压执行机构就开始控制滑阀。
        该公司最初使用DCS来控制滑阀，通过与Modicon PLC连接的4-20mA模拟量信号，DCS系统将定位目标传递给每个滑阀。这样，PLC励磁电磁阀，两位式液压阀动作，根据压力低于或高于设定值的不同www.cechina.cn，液压缸驱动压缩机滑阀向一个方向或另一个方向移动。
        “我们要花费很多的时间才使滑阀能够平滑、精确地运动至目标位置，所以我们无法将压力保持平衡。”Prins说，“在现场，我们使用各种各样的限流器和单向阀，努力将最基本的开/关控制转化为线性控制。在PLC中，我们利用各种定时器和死区来平衡工艺需求和硬件条件的限制。”该应用需要控制功能来驱动滑阀以实现“非常精确和平滑的运动，”Prins继续道，“在处理液压方面，我们并没有太多的经验”。
        比例伺服阀
        在对问题进行研究并咨询了来自加拿大的运动控制经销商PQ 系统公司的工程师后，公司决定使用直驱式比例伺服阀来代替大多数的现场硬件设备，从而可以实现更为紧凑的液压控制（图2）。但新的问题来了：用什么来替代原来PLC中用于实现位置控制的软件。几种基于PLC和DCS的方案进入考察范围，但是PQ系统公司的工程师建议：更容易、更有效的方式是将每个滑阀的DCS设定信号连接至电液运动控制器，该控制器专为在各种环境条件下实现液压执行器的精确、平滑的控制而设计。

图2所示为 Alberta公司压缩机控制升级后选择的MOOG直驱式防爆比例阀。

        油温是导致原有阀门控制系统性能较差的一个变量。压缩机正常运行期间，油温保持的相当稳定。但是，当压缩机处于备用模式时（没运行，但是可以随时启动），油温变化幅度较大。这对阀门动作的时间有影响。使用PLC来控制双向往复运动阀的老系统无法平滑地处理这些温度差异。
        2轴控制
        PQ系统公司推荐的运动控制器（图3）能够同时控制两个方向的运动，所以在实际应用中一个控制器能够控制两个滑阀。每个滑阀均安装电位计，可以产生与滑阀位置相对应的模拟电压信号，控制器与电位计连接，直接读取电压值，作为滑阀位置的反馈信号。图4显示了系统组件的连接。

图3所示为PQ系统公司推荐的运动控制器，是由DeltaComputer Systems公司生产的RMC75。RMC75E运动控制器支持两轴控制，直接与模拟量反馈设备接口并通过Ethernet与远程设备连接。

        控制器上安装的另外一个模拟量输入卡件，与基于DCS的过程压力控制器的输出相连接。升级后的系统使用相同的DCS控制策略，以同样的方式运行，所以因升级导致的压缩机操作界面的变化非常小。这对工厂操作人员来说是非常方便的。控制器改进了控制工作的方式：老式硬件的闭环控制倾向于调节不足，这就意味着控制不能很好的响应状态扰动，如果需要快速动作，操作员必须介入。

图4为控制框图，显示DCS和运动控制器以及其它系统组件的连接。

        现在，使用以每秒钟处理1000个回路的速度运行的闭环控制器，可以对调节进行优化，同时控制系统对条件变化的响应也更快、更自动化。其结果是，氢气提纯工艺可以更精确地保持目标压力，更加快速的响应环境条件的变化，并且控制系统也不会像以前的控制系统一样受到自身扰动的影响。
        在Delta Computer Systems公司的工程师 Don Denman的帮助下，PQ系统公司的应用专家 Rob Nash完成了最初的控制器的编程。参与项目的人说控制器易于编程。从设计刚开始实施的时候，Alberta公司的工程师 Prins就开始对系统运行做改进。控制器使用以太网接口，所以Prins就创建了与控制器的接口，通过公司的网络，在他的办公室就可以对软件进行升级。“比起跑到车间去停机然后再回来，这可方便多了。”Prins说。
        调试指导，绘图功能
        “软件所支持的调试指导和绘图功能是在调试过程中使用的非常有用的功能，”Nash说。“两个滑阀，全部的调试时间仅为数小时。如果没有绘图功能，从逻辑上来讲，可能需要更长的时间控制工程网版权所有，因为控制器遍布在压缩机危险区域外的整个工厂内，不在视线范围内，调试一个没有绘图功能的滑阀几乎是不可能的。”图5是由软件绘制的一个典型图。

图5 为D e l t a 公司的绘图管理软件PlotManager 绘制的图，显示了随着时间的推移滑阀的位置反馈输入与目标值和运动控制输出的变化对比。

        本文的应用提供了一个例子：可编程电液运动控制器是如何将一个先前影响生产产量的工艺过程置于合理控制之下的。
        “比较软件升级前后泄放压力的标准偏差，我们可以看到大约有70%的改进。” Prins 说。
        正如Alberta公司应用案例所证明的，在精确运动和对公差要求严格的场合，选择专为该任务而设计的控制系统是值得的。在这种情况下，运动控制器明显要优于PLC。