離心通風(fēng)機(jī)在組態(tài)軟件防喘振控制系統(tǒng)中應(yīng)用
離心式通風(fēng)機(jī)是硅酸鹽工業(yè)中廣泛使用的通風(fēng)機(jī)械，如窯爐系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等的通風(fēng)。通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行與否直接關(guān)系到機(jī)電部門(mén)的工作效率。目前通風(fēng)機(jī)的操作和監(jiān)測(cè)主要由操作人員根據(jù)機(jī)旁?xún)x表手動(dòng)進(jìn)行，這種操作方式過(guò)于依賴(lài)工作人員的操作水平，同時(shí)對(duì)于工作環(huán)境十分惡劣的場(chǎng)合，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。為提高通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提高其工作可靠性，改善操作人員的工作環(huán)境，本文基于組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了通風(fēng)機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。本文選擇圖靈開(kāi)物Turing Control7.3組態(tài)軟件所開(kāi)發(fā)的離心通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，組態(tài)形象生動(dòng),可視化特點(diǎn)突出，功能完善,人機(jī)界面友好。
1 通風(fēng)機(jī)及喘振現(xiàn)象
本文的研究對(duì)象為5-29-11005離心通風(fēng)機(jī),通風(fēng)機(jī)流量為4 138 m3/h,主軸轉(zhuǎn)速為2 800 r/m。
離心通風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)如圖1所示，它顯示了離心通風(fēng)機(jī)壓縮比與進(jìn)口容積流量間的關(guān)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，曲線(xiàn)上點(diǎn)C有最大壓縮比，對(duì)應(yīng)流量為Qp，該點(diǎn)稱(chēng)為喘振點(diǎn)。
如果工作點(diǎn)為B點(diǎn)，要求通風(fēng)機(jī)流量繼續(xù)下降，則壓縮機(jī)吸入流量Q<Qp，工作點(diǎn)從C點(diǎn)突跳到D點(diǎn)，通風(fēng)機(jī)出口壓力從pC突然下降到pD，而出口管網(wǎng)壓力仍然為pC，因此氣體回流，表現(xiàn)為流量為零，同時(shí)，管網(wǎng)壓力也下降到pD，一旦管網(wǎng)壓力與壓縮機(jī)出口壓力相等，通風(fēng)機(jī)又輸送氣體到管網(wǎng)，流量達(dá)到QA，因流量QA大于B點(diǎn)的流量，因此，壓力憋高到pB，而流量繼續(xù)下降，又使通風(fēng)機(jī)重復(fù)上述過(guò)程，出現(xiàn)工作點(diǎn)從B→C→D→A→B的反復(fù)循環(huán)，由于這種循環(huán)過(guò)程極迅速，因此也稱(chēng)為“飛動(dòng)”，由于飛動(dòng)時(shí)機(jī)體的震動(dòng)發(fā)出類(lèi)似哮喘病人的喘氣吼聲，因此，將這種由于飛動(dòng)而造成的離心壓縮機(jī)流量呈現(xiàn)脈動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為離心通風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象[1]。
2 系統(tǒng)監(jiān)控要求
離心通風(fēng)機(jī)防喘振控制系統(tǒng)主要采集離心通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的進(jìn)出口壓力、進(jìn)氣溫度、流量、振動(dòng)、噪聲等參數(shù)。其監(jiān)控主要包括：影響通風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象n個(gè)狀態(tài)參量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)設(shè)置、診斷、曲線(xiàn)分析和數(shù)據(jù)管理等功能。
控制內(nèi)容包括：離心通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，當(dāng)系統(tǒng)接近喘振狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及通風(fēng)機(jī)氣體回流閥閾值大小，進(jìn)一步控制通風(fēng)機(jī)進(jìn)氣量，以此避免通風(fēng)機(jī)喘振的發(fā)生。
3 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)路結(jié)構(gòu)
圖靈組態(tài)基于網(wǎng)絡(luò)的概念，以客戶(hù)—服務(wù)器模式，運(yùn)行在基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上。圖靈組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為一種柔性結(jié)構(gòu)，可將整個(gè)應(yīng)用程序分配給多個(gè)服務(wù)器,可以引用遠(yuǎn)程站點(diǎn)的變量到本地使用。服務(wù)器的分配可以是基于項(xiàng)目中物理設(shè)備結(jié)構(gòu)或不同的功能,用戶(hù)可以根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)立專(zhuān)門(mén)的I/O服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器和登錄服務(wù)器等?；趫D靈組態(tài)的通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
在圖2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，PLC與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、變送器和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，完成對(duì)通風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)的控制。IO采集站只負(fù)責(zé)設(shè)備數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)服務(wù)器集報(bào)警服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和登錄服務(wù)器的功能于一身，負(fù)責(zé)報(bào)警信息的驗(yàn)證和記錄，歷史數(shù)據(jù)的記錄和用戶(hù)登錄的驗(yàn)證。主控機(jī)用以瀏覽IO采集站上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，查看IO站點(diǎn)的報(bào)警信息，查詢(xún)IO站點(diǎn)的歷史記錄，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IO站點(diǎn)連接設(shè)備的控制。在此，主控機(jī)其實(shí)還充當(dāng)Web服務(wù)器，因?yàn)閳D靈組態(tài)Web版運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)嵌Web服務(wù)器系統(tǒng)處理遠(yuǎn)程IE端的訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求，無(wú)需額外的Web服務(wù)器。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠在任何地方對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
要實(shí)現(xiàn)圖靈組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)功能，除了具備網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施外，還必須對(duì)圖靈組態(tài)各站點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置。首先必須將所有進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)設(shè)置成聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式，取一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)名，并且將它們的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置成一致。然后指定服務(wù)器和客戶(hù)，一個(gè)站點(diǎn)被定義為服務(wù)器的同時(shí)，也可以被指定為其他服務(wù)器的客戶(hù)。網(wǎng)絡(luò)配置的最終目的是可以實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享。
4 圖靈組態(tài)軟件與PLC的通信連接
圖靈組態(tài)軟件內(nèi)嵌各種PLC驅(qū)動(dòng)程序，用戶(hù)只需按照設(shè)備配置向?qū)нx擇PLC的類(lèi)型，軟件將自動(dòng)完成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序的啟動(dòng)，建立與PLC之間的通信。如圖3所示，圖靈組態(tài)對(duì)外部設(shè)備的管理是通過(guò)對(duì)邏輯設(shè)備名的管理實(shí)現(xiàn)的，在數(shù)據(jù)詞典中建立若干I/O變量，使之與PLC的數(shù)據(jù)寄存器之間建立通道，通過(guò)這些I/O變量便可以讀或?qū)慞LC的數(shù)據(jù)寄存器。
5 主控機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
5.1 監(jiān)控系統(tǒng)主要模塊
主控機(jī)監(jiān)控軟件一般包含以下模塊:系統(tǒng)監(jiān)控界面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)界面、報(bào)警曲線(xiàn)界面（實(shí)時(shí)、歷史）和數(shù)據(jù)報(bào)表界面。
離心通風(fēng)機(jī)防喘振狀態(tài)監(jiān)控與分析系統(tǒng)的總體框圖如圖4所示。圖4中各個(gè)模塊的主要功能為以下幾點(diǎn)。
(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：系統(tǒng)通過(guò)TuringControl組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行所有參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得通風(fēng)機(jī)當(dāng)前的壓力、溫度、流量、振動(dòng)、噪聲等參數(shù)直觀(guān)動(dòng)態(tài)地顯示在同一畫(huà)面上。
(2)系統(tǒng)設(shè)置：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)操作人員不同，設(shè)定不同的使用權(quán)限，有效地保證了系統(tǒng)操作的安全性。
(3)系統(tǒng)診斷：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)影響通風(fēng)機(jī)喘振的壓力、溫度、流量、振動(dòng)、噪聲等信息的故障診斷，也可以用于對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的故障類(lèi)型、產(chǎn)生原因及排除方法等知識(shí)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練。
(4)曲線(xiàn)分析：通過(guò)對(duì)個(gè)參量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控分析，實(shí)時(shí)觀(guān)察各參量的變化，并能查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線(xiàn)，并與之進(jìn)行對(duì)比和分析，能夠更進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)防喘振效果，提高系統(tǒng)效率。
(5)數(shù)據(jù)管理：本模塊提供維護(hù)故障知識(shí)庫(kù)的功能。能夠?qū)收现R(shí)庫(kù)進(jìn)行添加、修改、刪除故障規(guī)則，從而在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中做到不斷的自我完善。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖形曲線(xiàn)的歷史查詢(xún)，并提供數(shù)據(jù)曲線(xiàn)保存、打印等功能。
5.2 系統(tǒng)監(jiān)控界面
系統(tǒng)監(jiān)控界面以圖形顯示通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示各監(jiān)測(cè)參數(shù)，并可以對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)控制，如圖5所示。
5.3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)界面
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前通風(fēng)機(jī)運(yùn)行各參數(shù)值，以便于及時(shí)記錄和查詢(xún)，很好地服務(wù)于通風(fēng)機(jī)喘振控制。
由于系統(tǒng)壓力、流量、振動(dòng)、噪聲等參數(shù)曲線(xiàn)與溫度曲線(xiàn)相似，就不一一列舉了，圖6給出了溫度實(shí)時(shí)曲線(xiàn)界面。
5.4 報(bào)警曲線(xiàn)界面
報(bào)警曲線(xiàn)用以反應(yīng)變量的不正常變化，圖靈組態(tài)軟件自動(dòng)對(duì)需要報(bào)警的變量進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，將這些報(bào)警事件在報(bào)警窗口中顯示出來(lái)，其顯示格式在定義報(bào)警窗口時(shí)確定。
報(bào)警界面也有兩種類(lèi)型：實(shí)時(shí)報(bào)警窗口和歷史報(bào)警窗口。實(shí)時(shí)報(bào)警窗口只顯示最近的報(bào)警事件，要查閱歷史報(bào)警事件只能通過(guò)歷史報(bào)警窗口。
5.5 數(shù)據(jù)報(bào)表界面
數(shù)據(jù)報(bào)表可以進(jìn)行歷史報(bào)表和實(shí)時(shí)報(bào)表的查詢(xún)、編輯和打印。
基于圖靈組態(tài)的離心通風(fēng)機(jī)防喘振監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以改善監(jiān)控人員的勞動(dòng)條件，大大減輕他們的勞動(dòng)量，而且相關(guān)人員能夠隨時(shí)隨地對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。以防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生，本系統(tǒng)在通風(fēng)機(jī)數(shù)量比較多的情況下，更能體現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)越性。
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