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前言

GM離心鼓風(fēng)機就其特性是個非線性的、時變的、分布參數(shù)的復(fù)雜受控對象。而GM離心鼓風(fēng)機的氣量調(diào)節(jié)，壓力、功率控制調(diào)節(jié)，均耦合在其特性之中。要實現(xiàn)其最佳控制、最優(yōu)調(diào)節(jié)、隨機處理的目的，必須建立被控對象數(shù)學(xué)模型，然后求取相應(yīng)的控制方程和化解方程，整個裝置要由有經(jīng)驗的專家操作，否則就難以控制和使用。設(shè)想將這些復(fù)雜深奧的數(shù)學(xué)算法和專家的經(jīng)驗，應(yīng)用計算機語言賦予PLC(可編程控制器)，就輕松解決現(xiàn)場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。這類控制屬于智能控制系統(tǒng)。我公司正是基于這一特點開發(fā)研制此系統(tǒng)的。針對GM鼓風(fēng)機的多種供氣工況，進行控制和應(yīng)用。經(jīng)實踐證明，具有計算調(diào)節(jié)可靠，控制準(zhǔn)確，使用方便安全，維護簡單，靜動態(tài)性能指標(biāo)好，具有較高的實用價值和效益價值。

1、基于PLC構(gòu)成的GM離心鼓風(fēng)機計算機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

基于PLC構(gòu)成的GM離心鼓風(fēng)機計算機控制系統(tǒng)的硬件是由被控對象(GM型離心鼓風(fēng)機各個系統(tǒng))、測量變送單元、PLC和執(zhí)行器構(gòu)成。由基本的檢測變送元件通過數(shù)據(jù)信號送入PLC，將專家的經(jīng)驗、調(diào)節(jié)的PID多個回路，以程序賦予PLC，構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)，達到智能控制對象的最終目的。

2、PLC構(gòu)成的GM離心鼓風(fēng)機計算機控制系統(tǒng)的功能

（1）動態(tài)防喘振控制

GM 離心鼓風(fēng)機的性能是非線性的曲線，其性能的檢測來源于溫度傳感器，壓力變送器，流量變送器等檢測元件，就GM離心鼓風(fēng)機性能曲線來講，在機組流量和壓力調(diào)節(jié)過程中存在著喘振區(qū)和安全區(qū)(非喘振區(qū))。機組不允許在喘振區(qū)工作，故對機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，所以要達到控制要求，就必須解耦，使機組工作在安全區(qū)，即不喘振。所謂喘振：如下圖，a和b虛線是管路阻力曲線，當(dāng)改變流量和壓力時，機組會在某區(qū)域造成管路急劇產(chǎn)生壓力和氣流的激烈的脈動和振動，運轉(zhuǎn)變得不穩(wěn)定了，將這種現(xiàn)象叫做喘振。

對于傳統(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)的被控變量無關(guān)時，該系統(tǒng)即為無耦合系統(tǒng)。相反，假如一個系統(tǒng)的作用對另一個系統(tǒng)也產(chǎn)生影響則說明這些系統(tǒng)間存在耦合，此系統(tǒng)稱為耦合系統(tǒng)。GM離心鼓風(fēng)機的機組控制系統(tǒng)是個多輸入多輸出的強耦合系統(tǒng)。如果能將一個具有強耦合的多變量系統(tǒng)中的耦合解除，或使其變成輕度耦合系統(tǒng)，毫無疑問，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，甚至變成一些無耦合的單變量系統(tǒng)組合，這就會使難以分析與設(shè)計的多變量耦合系統(tǒng)的控制得以實現(xiàn)，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(shù)間的關(guān)系，和計算機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，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)模型簡易，再選用最優(yōu)控制法將多個PID的有害耦合化解，達到最終的控制目的。

(2)機組狀態(tài)監(jiān)控

由PLC實時采集現(xiàn)場信號，并轉(zhuǎn)換為工程范圍顯示于監(jiān)視的上位機，對機組的狀態(tài)坐在監(jiān)視的上位機室可盡觀所有。

(3)報警、聯(lián)鎖保護

此系統(tǒng)對機組狀態(tài)的不正常做出實時的報警，同時做出相應(yīng)的控制動作，如油壓低，會在給出報警的同時，將備油泵起動等。有了報警系統(tǒng)，使控制更安全可靠和智能化。聯(lián)鎖保護是在機組進入嚴(yán)重故障的臨界處，或人為誤操作，引起機組不允許的故障，此時靠人為去處理此故障是來不及的，計算機檢測到這種情況要做出迅速的停車保護，并做出報警和停車的正常處理工作，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(tǒng)將現(xiàn)場的采集點，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(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便事后人為進行故障分析。減少了傳統(tǒng)故障分析的麻煩，縮短故障時間，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、自動調(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)自動化要求的不同，有就地的一級控制系統(tǒng)(I型)，就地/遠(yuǎn)程二級控制系統(tǒng)(II型)，就地/遠(yuǎn)程/其它三級控制系統(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：

①一級控制，多完成單獨機組控制(一個CPU對應(yīng)一臺機組)，可以完成自己獨立的控制。與其它機組無關(guān)聯(lián)。

②二級控制，在I級控制基礎(chǔ)上，又增加了一套協(xié)調(diào)控制盤，完成多臺機組間的協(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。

③三級控制，在二級控制功能的基礎(chǔ)上，完成與其它PLC或DCS通訊，達到新的自動化需要和管理需要。

各級控制之間的關(guān)系如下圖

結(jié)束語

基于PLC構(gòu)成的計算機控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對GM型離心鼓風(fēng)機性能參數(shù)的復(fù)雜控制，通過網(wǎng)絡(luò)通訊又實現(xiàn)了多臺多級的自動化管理控制，特別適應(yīng)環(huán)保等行業(yè)自動化的發(fā)展需要，消除環(huán)保單位對其設(shè)備管理的非專業(yè)人員管理的盲區(qū)，提高了各行業(yè)的自動化水平，為各行業(yè)帶來了巨大經(jīng)濟效益和社會效益。