基于PLC構(gòu)成GM離心鼓風(fēng)機(jī)組的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

　　一、 前言

　　GM離心鼓風(fēng)機(jī)就其特性是個(gè)非線性的、時(shí)變的、分布參數(shù)的復(fù)雜受控對(duì)象。而GM離心鼓風(fēng)機(jī)的氣量調(diào)節(jié)，壓力、功率控制調(diào)節(jié)，均耦合在其特性之中。要實(shí)現(xiàn)其最佳控制、最優(yōu)調(diào)節(jié)、隨機(jī)處理的目的，必須建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，然后求取相應(yīng)的控制方程和化解方程，整個(gè)裝置要由有經(jīng)驗(yàn)的專家操作，否則就難以控制和使用。設(shè)想將這些復(fù)雜深?yuàn)W的數(shù)學(xué)算法和專家的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言賦予PLC(可編程控制器)，就輕松解決現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)此裝置難以理解和接受的困難，而且讓計(jì)算機(jī)參與生產(chǎn)控制是世界IT發(fā)展的中心。這類控制屬于智能控制系統(tǒng)。我公司正是基于這一特點(diǎn)開發(fā)研制此系統(tǒng)的。針對(duì)GM鼓風(fēng)機(jī)的多種供氣工況，進(jìn)行控制和應(yīng)用。經(jīng)實(shí)踐證明，具有計(jì)算調(diào)節(jié)可靠，控制準(zhǔn)確，使用方便安全，維護(hù)簡(jiǎn)單，靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)好，具有較高的實(shí)用價(jià)值和效益價(jià)值。

　　二、 基于PLC構(gòu)成的GM離心鼓風(fēng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　基于PLC構(gòu)成的GM離心鼓風(fēng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件是由被控對(duì)象(GM型離心鼓風(fēng)機(jī)各個(gè)系統(tǒng))、測(cè)量變送單元、PLC和執(zhí)行器構(gòu)成。由基本的檢測(cè)變送元件通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)送入PLC，將專家的經(jīng)驗(yàn)、調(diào)節(jié)的PID多個(gè)回路，以程序賦予PLC，構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，達(dá)到智能控制對(duì)象的最終目的。

　　三、PLC構(gòu)成的GM離心鼓風(fēng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)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(jī)的性能是非線性的曲線，其性能的檢測(cè)來(lái)源于溫度傳感器，壓力變送器，流量變送器等檢測(cè)元件，就GM離心鼓風(fēng)機(jī)性能曲線來(lái)講，在機(jī)組流量和壓力調(diào)節(jié)過(guò)程中存在著喘振區(qū)和安全區(qū)(非喘振區(qū))。機(jī)組不允許在喘振區(qū)工作，故對(duì)機(jī)組控制的第一要求就是將其控制在安全區(qū)，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(dá)到控制要求，就必須解耦，使機(jī)組工作在安全區(qū)，即不喘振。所謂喘振：如圖1，a和b虛線是管路阻力曲線，當(dāng)改變流量和壓力時(shí)，機(jī)組會(huì)在某區(qū)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(yùn)轉(zhuǎn)變得不穩(wěn)定了，將這種現(xiàn)象叫做喘振。

　　對(duì)于傳統(tǒng)的PID控制是當(dāng)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(dāng)被控變量只受本系統(tǒng)(回路)控制變量的影響，而與其它系統(tǒng)控制變量無(wú)關(guān)，以及控制變量只接受本系統(tǒng)被控制變量的反饋影響而與其它系統(tǒng)的被控變量無(wú)關(guān)時(shí)，該系統(tǒng)即為無(wú)耦合系統(tǒng)。相反，假如一個(gè)系統(tǒng)的作用對(duì)另一個(gè)系統(tǒng)也產(chǎn)生影響則說(shuō)明這些系統(tǒng)間存在耦合，此系統(tǒng)稱為耦合系統(tǒng)。GM離心鼓風(fēng)機(jī)的機(jī)組控制系統(tǒng)是個(gè)多輸入多輸出的強(qiáng)耦合系統(tǒng)。如果能將一個(gè)具有強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)中的耦合解除，或使其變成輕度耦合系統(tǒng)，毫無(wú)疑問(wèn)，解耦后的系統(tǒng)，可以把系統(tǒng)間有害的耦合效應(yīng)大大削弱，甚至變成一些無(wú)耦合的單變量系統(tǒng)組合，這就會(huì)使難以分析與設(shè)計(jì)的多變量耦合系統(tǒng)的控制得以實(shí)現(xiàn)，這叫做解耦控制。我公司控制的原理是利用機(jī)械的滯后性，機(jī)組性能多參數(shù)間的關(guān)系，和計(jì)算機(jī)的超速性與專家控制結(jié)合在一起，采用適當(dāng)選擇變量配對(duì)，削弱各通道間的關(guān)聯(lián)，再采用前饋補(bǔ)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(dá)到最終的控制目的。

　　(2)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控

　　由PLC實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為工程范圍顯示于監(jiān)視的上位機(jī)，對(duì)機(jī)組的狀態(tài)坐在監(jiān)視的上位機(jī)室可盡觀所有。

　　(3)報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)

　　此系統(tǒng)對(duì)機(jī)組狀態(tài)的不正常做出實(shí)時(shí)的報(bào)警，同時(shí)做出相應(yīng)的控制動(dòng)作，如油壓低，會(huì)在給出報(bào)警的同時(shí)，將備油泵起動(dòng)等。有了報(bào)警系統(tǒng)，使控制更安全可靠和智能化。聯(lián)鎖保護(hù)是在機(jī)組進(jìn)入嚴(yán)重故障的臨界處，或人為誤操作，引起機(jī)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(jì)算機(jī)檢測(cè)到這種情況要做出迅速的停車保護(hù)，并做出報(bào)警和停車的正常處理工作，這叫聯(lián)鎖保護(hù)。此功能增加了可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)效益性。

　　(4)故障分析

　　此系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)的采集點(diǎn)，按ms級(jí)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(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便事后人為進(jìn)行故障分析。減少了傳統(tǒng)故障分析的麻煩，縮短故障時(shí)間，為用戶提高效益，節(jié)省人力。

　　(5)壓力、流量雙調(diào)節(jié)

　　根據(jù)機(jī)組工藝和生產(chǎn)工藝的要求，根據(jù)在各行業(yè)上(主要是環(huán)保)應(yīng)用的不同，此控制功能具有壓力和流量的手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)功能以滿足不同的調(diào)節(jié)要求。

　　(6)就地、遠(yuǎn)程、其它等I型、II型、III型控制。

　　根據(jù)自動(dòng)化要求的不同，有就地的一級(jí)控制系統(tǒng)(I型)，就地/遠(yuǎn)程二級(jí)控制系統(tǒng)(II型)，就地/遠(yuǎn)程/其它三級(jí)控制系統(tǒng)(III型)。不管哪種控制，均具有壓力和流量調(diào)節(jié)功能，(1)-(4)功能。其基本區(qū)別如下：

　　①一級(jí)控制，多完成單獨(dú)機(jī)組控制(一個(gè)CPU對(duì)應(yīng)一臺(tái)機(jī)組)，可以完成自己獨(dú)立的控制。與其它機(jī)組無(wú)關(guān)聯(lián)。

　?、诙?jí)控制，在I級(jí)控制基礎(chǔ)上，又增加了一套協(xié)調(diào)控制盤，完成多臺(tái)機(jī)組間的協(xié)調(diào)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(fù)雜工作。

　?、廴?jí)控制，在二級(jí)控制功能的基礎(chǔ)上，完成與其它PLC或DCS通訊，達(dá)到新的自動(dòng)化需要和管理需要。

　　各級(jí)控制之間的關(guān)系如圖3。

　　四、 結(jié)束語(yǔ)

　　基于PLC構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)GM型離心鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的復(fù)雜控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊又實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)多級(jí)的自動(dòng)化管理控制，特別適應(yīng)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(duì)其設(shè)備管理的非專業(yè)人員管理的盲區(qū)，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(jì)效益和社會(huì)效益。

　　我廠GM型鼓風(fēng)機(jī)已經(jīng)被多家用戶選用，我公司開發(fā)的此控制系統(tǒng)不同類型(I型、II型、III型)均有實(shí)際應(yīng)用。如：山東臨沂污水處理廠三套GM20的控制系統(tǒng)(I 型)，浙江長(zhǎng)興污水處理廠的三套GM25的控制系統(tǒng)(II型)，哈爾濱制藥總廠環(huán)保工程的四套GM25的控制系統(tǒng)(III型)，等等不低于50套。自運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，完全滿足了其生產(chǎn)工藝要求。得到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際認(rèn)可和推廣。