基于PLC構成GM離心鼓風(fēng)機組的計算機控制系統

　　一、 前言

　　GM離心鼓風(fēng)機就其特性是個(gè)非線(xiàn)性的、時(shí)變的、分布參數的復雜受控對象。而GM離心鼓風(fēng)機的氣量調節，壓力、功率控制調節，均耦合在其特性之中。要實(shí)現其最佳控制、最優(yōu)調節、隨機處理的目的，必須建立被控對象數學(xué)模型，然后求取相應的控制方程和化解方程，整個(gè)裝置要由有經(jīng)驗的專(zhuān)家操作，否則就難以控制和使用。設想將這些復雜深奧的數學(xué)算法和專(zhuān)家的經(jīng)驗，應用計算機語(yǔ)言賦予PLC(可編程控制器)，就輕松解決現場(chǎng)工程師對此裝置難以理解和接受的困難，而且讓計算機參與生產(chǎn)控制是世界IT發(fā)展的中心。這類(lèi)控制屬于智能控制系統。我公司正是基于這一特點(diǎn)開(kāi)發(fā)研制此系統的。針對GM鼓風(fēng)機的多種供氣工況，進(jìn)行控制和應用。經(jīng)實(shí)踐證明，具有計算調節可靠，控制準確，使用方便安全，維護簡(jiǎn)單，靜動(dòng)態(tài)性能指標好，具有較高的實(shí)用價(jià)值和效益價(jià)值。

　　二、 基于PLC構成的GM離心鼓風(fēng)機計算機控制系統的硬件結構

　　基于PLC構成的GM離心鼓風(fēng)機計算機控制系統的硬件是由被控對象(GM型離心鼓風(fēng)機各個(gè)系統)、測量變送單元、PLC和執行器構成。由基本的檢測變送元件通過(guò)數據信號送入PLC，將專(zhuān)家的經(jīng)驗、調節的PID多個(gè)回路，以程序賦予PLC，構成計算機控制系統，達到智能控制對象的最終目的。

　　三、PLC構成的GM離心鼓風(fēng)機計算機控制系統的功能

　　1.基本功能

　　(1)動(dòng)態(tài)防喘振控制

　　GM 離心鼓風(fēng)機的性能是非線(xiàn)性的曲線(xiàn)，其性能的檢測來(lái)源于溫度傳感器，壓力變送器，流量變送器等檢測元件，就GM離心鼓風(fēng)機性能曲線(xiàn)來(lái)講，在機組流量和壓力調節過(guò)程中存在著(zhù)喘振區和安全區(非喘振區)。機組不允許在喘振區工作，故對機組控制的第一要求就是將其控制在安全區，即做好防喘振控制。而多種控制方式是耦合在一起的PID回路，所以要達到控制要求，就必須解耦，使機組工作在安全區，即不喘振。所謂喘振：如圖1，a和b虛線(xiàn)是管路阻力曲線(xiàn)，當改變流量和壓力時(shí)，機組會(huì )在某區域造成管路急劇產(chǎn)生壓力和氣流的激烈的脈動(dòng)和振動(dòng)，運轉變得不穩定了，將這種現象叫做喘振。

　　對于傳統的PID控制是當今工業(yè)控制最多的，這里不做介紹。主要把解耦控制說(shuō)明一下。當被控變量只受本系統(回路)控制變量的影響，而與其它系統控制變量無(wú)關(guān)，以及控制變量只接受本系統被控制變量的反饋影響而與其它系統的被控變量無(wú)關(guān)時(shí)，該系統即為無(wú)耦合系統。相反，假如一個(gè)系統的作用對另一個(gè)系統也產(chǎn)生影響則說(shuō)明這些系統間存在耦合，此系統稱(chēng)為耦合系統。GM離心鼓風(fēng)機的機組控制系統是個(gè)多輸入多輸出的強耦合系統。如果能將一個(gè)具有強耦合的多變量系統中的耦合解除，或使其變成輕度耦合系統，毫無(wú)疑問(wèn)，解耦后的系統，可以把系統間有害的耦合效應大大削弱，甚至變成一些無(wú)耦合的單變量系統組合，這就會(huì )使難以分析與設計的多變量耦合系統的控制得以實(shí)現，這叫做解耦控制。我公司控制的原理是利用機械的滯后性，機組性能多參數間的關(guān)系，和計算機的超速性與專(zhuān)家控制結合在一起，采用適當選擇變量配對，削弱各通道間的關(guān)聯(lián)，再采用前饋補償法，使解耦網(wǎng)絡(luò )模型簡(jiǎn)易，再選用最優(yōu)控制法將多個(gè)PID的有害耦合化解，達到最終的控制目的。

　　(2)機組狀態(tài)監控

　　由PLC實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)信號，并轉換為工程范圍顯示于監視的上位機，對機組的狀態(tài)坐在監視的上位機室可盡觀(guān)所有。

　　(3)報警、聯(lián)鎖保護

　　此系統對機組狀態(tài)的不正常做出實(shí)時(shí)的報警，同時(shí)做出相應的控制動(dòng)作，如油壓低，會(huì )在給出報警的同時(shí)，將備油泵起動(dòng)等。有了報警系統，使控制更安全可靠和智能化。聯(lián)鎖保護是在機組進(jìn)入嚴重故障的臨界處，或人為誤操作，引起機組不允許的故障，此時(shí)靠人為去處理此故障是來(lái)不及的，計算機檢測到這種情況要做出迅速的停車(chē)保護，并做出報警和停車(chē)的正常處理工作，這叫聯(lián)鎖保護。此功能增加了可靠性、安全性和經(jīng)濟效益性。

　　(4)故障分析

　　此系統將現場(chǎng)的采集點(diǎn)，按ms級記錄，可以清晰記錄出第一故障聯(lián)鎖的原因，并鎖定故障當前監測數據，以便事后人為進(jìn)行故障分析。減少了傳統故障分析的麻煩，縮短故障時(shí)間，為用戶(hù)提高效益，節省人力。

　　(5)壓力、流量雙調節

　　根據機組工藝和生產(chǎn)工藝的要求，根據在各行業(yè)上(主要是環(huán)保)應用的不同，此控制功能具有壓力和流量的手動(dòng)、自動(dòng)調節功能以滿(mǎn)足不同的調節要求。

　　(6)就地、遠程、其它等I型、II型、III型控制。

　　根據自動(dòng)化要求的不同，有就地的一級控制系統(I型)，就地/遠程二級控制系統(II型)，就地/遠程/其它三級控制系統(III型)。不管哪種控制，均具有壓力和流量調節功能，(1)-(4)功能。其基本區別如下：

　?、僖患壙刂?，多完成單獨機組控制(一個(gè)CPU對應一臺機組)，可以完成自己獨立的控制。與其它機組無(wú)關(guān)聯(lián)。

　?、诙壙刂?，在I級控制基礎上，又增加了一套協(xié)調控制盤(pán)，完成多臺機組間的協(xié)調工作，就環(huán)保行業(yè)，存在供氣量分配、并網(wǎng)、緩網(wǎng)、退網(wǎng)等等復雜工作。

　?、廴壙刂?，在二級控制功能的基礎上，完成與其它PLC或DCS通訊，達到新的自動(dòng)化需要和管理需要。

　　各級控制之間的關(guān)系如圖3。

　　四、 結束語(yǔ)

　　基于PLC構成的計算機控制系統，可以實(shí)現對GM型離心鼓風(fēng)機性能參數的復雜控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通訊又實(shí)現了多臺多級的自動(dòng)化管理控制，特別適應環(huán)保等行業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展需要，消除環(huán)保單位對其設備管理的非專(zhuān)業(yè)人員管理的盲區，提高了各行業(yè)的自動(dòng)化水平，為各行業(yè)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

　　我廠(chǎng)GM型鼓風(fēng)機已經(jīng)被多家用戶(hù)選用，我公司開(kāi)發(fā)的此控制系統不同類(lèi)型(I型、II型、III型)均有實(shí)際應用。如：山東臨沂污水處理廠(chǎng)三套GM20的控制系統(I 型)，浙江長(cháng)興污水處理廠(chǎng)的三套GM25的控制系統(II型)，哈爾濱制藥總廠(chǎng)環(huán)保工程的四套GM25的控制系統(III型)，等等不低于50套。自運行以來(lái)，運行穩定可靠，控制調節準確，完全滿(mǎn)足了其生產(chǎn)工藝要求。得到現場(chǎng)的實(shí)際認可和推廣。