基于PLC构成GM离心鼓风机组的计算机控制系统

　　一、 前言

　　GM离心鼓风机就其特性是个非线性的、时变的、分布参数的复杂受控对象。而GM离心鼓风机的气量调节，压力、功率控制调节，均耦合在其特性之中。要实现其最佳控制、最优调节、随机处理的目的，必须建立被控对象数学模型，然后求取相应的控制方程和化解方程，整个装置要由有经验的专家操作，否则就难以控制和使用。设想将这些复杂深奥的数学算法和专家的经验，应用计算机语言赋予PLC(可编程控制器)，就轻松解决现场工程师对此装置难以理解和接受的困难，而且让计算机参与生产控制是世界IT发展的中心。这类控制属于智能控制系统。我公司正是基于这一特点开发研制此系统的。针对GM鼓风机的多种供气工况，进行控制和应用。经实践证明，具有计算调节可靠，控制准确，使用方便安全，维护简单，静动态性能指标好，具有较高的实用价值和效益价值。

　　二、 基于PLC构成的GM离心鼓风机计算机控制系统的硬件结构

　　基于PLC构成的GM离心鼓风机计算机控制系统的硬件是由被控对象(GM型离心鼓风机各个系统)、测量变送单元、PLC和执行器构成。由基本的检测变送元件通过数据信号送入PLC，将专家的经验、调节的PID多个回路，以程序赋予PLC，构成计算机控制系统，达到智能控制对象的最终目的。

　　三、PLC构成的GM离心鼓风机计算机控制系统的功能

　　1.基本功能

　　(1)动态防喘振控制

　　GM 离心鼓风机的性能是非线性的曲线，其性能的检测来源于温度传感器，压力变送器，流量变送器等检测元件，就GM离心鼓风机性能曲线来讲，在机组流量和压力调节过程中存在着喘振区和安全区(非喘振区)。机组不允许在喘振区工作，故对机组控制的第一要求就是将其控制在安全区，即做好防喘振控制。而多种控制方式是耦合在一起的PID回路，所以要达到控制要求，就必须解耦，使机组工作在安全区，即不喘振。所谓喘振：如图1，a和b虚线是管路阻力曲线，当改变流量和压力时，机组会在某区域造成管路急剧产生压力和气流的激烈的脉动和振动，运转变得不稳定了，将这种现象叫做喘振。

　　对于传统的PID控制是当今工业控制最多的，这里不做介绍。主要把解耦控制说明一下。当被控变量只受本系统(回路)控制变量的影响，而与其它系统控制变量无关，以及控制变量只接受本系统被控制变量的反馈影响而与其它系统的被控变量无关时，该系统即为无耦合系统。相反，假如一个系统的作用对另一个系统也产生影响则说明这些系统间存在耦合，此系统称为耦合系统。GM离心鼓风机的机组控制系统是个多输入多输出的强耦合系统。如果能将一个具有强耦合的多变量系统中的耦合解除，或使其变成轻度耦合系统，毫无疑问，解耦后的系统，可以把系统间有害的耦合效应大大削弱，甚至变成一些无耦合的单变量系统组合，这就会使难以分析与设计的多变量耦合系统的控制得以实现，这叫做解耦控制。我公司控制的原理是利用机械的滞后性，机组性能多参数间的关系，和计算机的超速性与专家控制结合在一起，采用适当选择变量配对，削弱各通道间的关联，再采用前馈补偿法，使解耦网络模型简易，再选用最优控制法将多个PID的有害耦合化解，达到最终的控制目的。

　　(2)机组状态监控

　　由PLC实时采集现场信号，并转换为工程范围显示于监视的上位机，对机组的状态坐在监视的上位机室可尽观所有。

　　(3)报警、联锁保护

　　此系统对机组状态的不正常做出实时的报警，同时做出相应的控制动作，如油压低，会在给出报警的同时，将备油泵起动等。有了报警系统，使控制更安全可靠和智能化。联锁保护是在机组进入严重故障的临界处，或人为误操作，引起机组不允许的故障，此时靠人为去处理此故障是来不及的，计算机检测到这种情况要做出迅速的停车保护，并做出报警和停车的正常处理工作，这叫联锁保护。此功能增加了可靠性、安全性和经济效益性。

　　(4)故障分析

　　此系统将现场的采集点，按ms级记录，可以清晰记录出第一故障联锁的原因，并锁定故障当前监测数据，以便事后人为进行故障分析。减少了传统故障分析的麻烦，缩短故障时间，为用户提高效益，节省人力。

　　(5)压力、流量双调节

　　根据机组工艺和生产工艺的要求，根据在各行业上(主要是环保)应用的不同，此控制功能具有压力和流量的手动、自动调节功能以满足不同的调节要求。

　　(6)就地、远程、其它等I型、II型、III型控制。

　　根据自动化要求的不同，有就地的一级控制系统(I型)，就地/远程二级控制系统(II型)，就地/远程/其它三级控制系统(III型)。不管哪种控制，均具有压力和流量调节功能，(1)-(4)功能。其基本区别如下：

　　①一级控制，多完成单独机组控制(一个CPU对应一台机组)，可以完成自己独立的控制。与其它机组无关联。

　　②二级控制，在I级控制基础上，又增加了一套协调控制盘，完成多台机组间的协调工作，就环保行业，存在供气量分配、并网、缓网、退网等等复杂工作。

　　③三级控制，在二级控制功能的基础上，完成与其它PLC或DCS通讯，达到新的自动化需要和管理需要。

　　各级控制之间的关系如图3。

　　四、 结束语

　　基于PLC构成的计算机控制系统，可以实现对GM型离心鼓风机性能参数的复杂控制，通过网络通讯又实现了多台多级的自动化管理控制，特别适应环保等行业自动化的发展需要，消除环保单位对其设备管理的非专业人员管理的盲区，提高了各行业的自动化水平，为各行业带来了巨大经济效益和社会效益。

　　我厂GM型鼓风机已经被多家用户选用，我公司开发的此控制系统不同类型(I型、II型、III型)均有实际应用。如：山东临沂污水处理厂三套GM20的控制系统(I 型)，浙江长兴污水处理厂的三套GM25的控制系统(II型)，哈尔滨制药总厂环保工程的四套GM25的控制系统(III型)，等等不低于50套。自运行以来，运行稳定可靠，控制调节准确，完全满足了其生产工艺要求。得到现场的实际认可和推广。