組態(tài)軟件在離心通風機防喘振控制系統(tǒng)中應用

摘 要: 為提高通風機系統(tǒng)的自動化程度,設計了基于組態(tài)軟件的通風機監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)實現(xiàn)了通風機喘振的各狀態(tài)參量實時監(jiān)測、系統(tǒng)設置、系統(tǒng)診斷、曲線分析、數(shù)據(jù)管理、記錄以及報警等功能。運行情況表明,該系統(tǒng)工作可靠、穩(wěn)定。
關鍵詞： 離心通風機; 組態(tài)軟件; 監(jiān)控

離心式通風機是硅酸鹽工業(yè)中廣泛使用的通風機械，如窯爐系統(tǒng)、粉磨系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)等的通風。通風機正常運行與否直接關系到機電部門的工作效率。目前通風機的操作和監(jiān)測主要由操作人員根據(jù)機旁儀表手動進行，這種操作方式過于依賴工作人員的操作水平，同時對于工作環(huán)境十分惡劣的場合，不適合人工現(xiàn)場操作。為提高通風機系統(tǒng)的自動化程度，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)軟件設計了通風機的監(jiān)控系統(tǒng)。本文選擇圖靈開物Turing Control7.3組態(tài)軟件所開發(fā)的離心通風機監(jiān)控系統(tǒng)，組態(tài)形象生動,可視化特點突出，功能完善,人機界面友好。
1 通風機及喘振現(xiàn)象
本文的研究對象為5-29-11005離心通風機,通風機流量為4 138 m3/h,主軸轉速為2 800 r/m。
離心通風機特性曲線如圖1所示，它顯示了離心通風機壓縮比與進口容積流量間的關系，當轉速n一定時，曲線上點C有最大壓縮比，對應流量為Qp，該點稱為喘振點。

如果工作點為B點，要求通風機流量繼續(xù)下降，則壓縮機吸入流量Q<Qp，工作點從C點突跳到D點，通風機出口壓力從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，管網(wǎng)壓力也下降到pD，一旦管網(wǎng)壓力與壓縮機出口壓力相等，通風機又輸送氣體到管網(wǎng)，流量達到QA，因流量QA大于B點的流量，因此，壓力憋高到pB，而流量繼續(xù)下降，又使通風機重復上述過程，出現(xiàn)工作點從B→C→D→A→B的反復循環(huán)，由于這種循環(huán)過程極迅速，因此也稱為“飛動”，由于飛動時機體的震動發(fā)出類似哮喘病人的喘氣吼聲，因此，將這種由于飛動而造成的離心壓縮機流量呈現(xiàn)脈動的現(xiàn)象稱為離心通風機的喘振現(xiàn)象[1]。
2 系統(tǒng)監(jiān)控要求
離心通風機防喘振控制系統(tǒng)主要采集離心通風機運行時的進出口壓力、進氣溫度、流量、振動、噪聲等參數(shù)。其監(jiān)控主要包括：影響通風機喘振現(xiàn)象n個狀態(tài)參量的實時監(jiān)測，系統(tǒng)設置、診斷、曲線分析和數(shù)據(jù)管理等功能。
控制內(nèi)容包括：離心通風機轉速的控制，當系統(tǒng)接近喘振狀態(tài)時，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)轉速及通風機氣體回流閥閾值大小，進一步控制通風機進氣量，以此避免通風機喘振的發(fā)生。
3 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)路結構
圖靈組態(tài)基于網(wǎng)絡的概念，以客戶—服務器模式，運行在基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議的網(wǎng)絡上。圖靈組態(tài)的網(wǎng)絡結構作為一種柔性結構，可將整個應用程序分配給多個服務器,可以引用遠程站點的變量到本地使用。服務器的分配可以是基于項目中物理設備結構或不同的功能,用戶可以根據(jù)系統(tǒng)需要設立專門的I/O服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器、報警服務器和登錄服務器等。基于圖靈組態(tài)的通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用如圖2所示的網(wǎng)絡結構。
在圖2的網(wǎng)絡結構中，PLC與現(xiàn)場的傳感器、變送器和調(diào)節(jié)機構相連，完成對通風機相關參數(shù)的檢測和現(xiàn)場的控制。IO采集站只負責設備數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)服務器集報警服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器和登錄服務器的功能于一身，負責報警信息的驗證和記錄，歷史數(shù)據(jù)的記錄和用戶登錄的驗證。主控機用以瀏覽IO采集站上的實時數(shù)據(jù)，查看IO站點的報警信息，查詢IO站點的歷史記錄，可以實現(xiàn)對IO站點連接設備的控制。在此，主控機其實還充當Web服務器，因為圖靈組態(tài)Web版運行系統(tǒng)內(nèi)嵌Web服務器系統(tǒng)處理遠程IE端的訪問請求，無需額外的Web服務器。遠程監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡能夠在任何地方對通風機進行遠程監(jiān)控。

要實現(xiàn)圖靈組態(tài)的網(wǎng)絡功能，除了具備網(wǎng)絡硬件設施外，還必須對圖靈組態(tài)各站點進行網(wǎng)絡配置。首先必須將所有進入網(wǎng)絡的計算機設置成聯(lián)網(wǎng)運行模式，取一個唯一的節(jié)點名，并且將它們的網(wǎng)絡參數(shù)設置成一致。然后指定服務器和客戶，一個站點被定義為服務器的同時，也可以被指定為其他服務器的客戶。網(wǎng)絡配置的最終目的是可以實現(xiàn)各站點之間的數(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驅動程序，用戶只需按照設備配置向導選擇PLC的類型，軟件將自動完成相應驅動程序的啟動，建立與PLC之間的通信。如圖3所示，圖靈組態(tài)對外部設備的管理是通過對邏輯設備名的管理實現(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，通過這些I/O變量便可以讀或寫PLC的數(shù)據(jù)寄存器。

5 主控機監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
5.1 監(jiān)控系統(tǒng)主要模塊
　 主控機監(jiān)控軟件一般包含以下模塊:系統(tǒng)監(jiān)控界面、實時監(jiān)測曲線界面、報警曲線界面（實時、歷史）和數(shù)據(jù)報表界面。
離心通風機防喘振狀態(tài)監(jiān)控與分析系統(tǒng)的總體框圖如圖4所示。圖4中各個模塊的主要功能為以下幾點。
　 (1)實時監(jiān)測：系統(tǒng)通過TuringControl組態(tài)軟件實現(xiàn)了對通風機運行所有參數(shù)的實時監(jiān)測，使得通風機當前的壓力、溫度、流量、振動、噪聲等參數(shù)直觀動態(tài)地顯示在同一畫面上。

　 (2)系統(tǒng)設置：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)操作人員不同，設定不同的使用權限，有效地保證了系統(tǒng)操作的安全性。
(3)系統(tǒng)診斷：通過實時監(jiān)測通風機的各個參數(shù)，實現(xiàn)對影響通風機喘振的壓力、溫度、流量、振動、噪聲等信息的故障診斷，也可以用于對技術人員進行通風機系統(tǒng)的故障類型、產(chǎn)生原因及排除方法等知識的學習訓練。
(4)曲線分析：通過對個參量實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控分析，實時觀察各參量的變化，并能查詢歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線，并與之進行對比和分析，能夠更進一步改進系統(tǒng)防喘振效果，提高系統(tǒng)效率。
(5)數(shù)據(jù)管理：本模塊提供維護故障知識庫的功能。能夠對故障知識庫進行添加、修改、刪除故障規(guī)則，從而在系統(tǒng)運行的過程中做到不斷的自我完善。同時可以實現(xiàn)對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖形曲線的歷史查詢，并提供數(shù)據(jù)曲線保存、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機的運行狀況，實時動態(tài)顯示各監(jiān)測參數(shù)，并可以對通風機的運行狀態(tài)進行相關控制，如圖5所示。

5.3實時監(jiān)測曲線界面
實時監(jiān)測曲線可以實時顯示當前通風機運行各參數(shù)值，以便于及時記錄和查詢，很好地服務于通風機喘振控制。
由于系統(tǒng)壓力、流量、振動、噪聲等參數(shù)曲線與溫度曲線相似，就不一一列舉了，圖6給出了溫度實時曲線界面。

5.4 報警曲線界面
報警曲線用以反應變量的不正常變化，圖靈組態(tài)軟件自動對需要報警的變量進行監(jiān)視。當發(fā)生報警時，將這些報警事件在報警窗口中顯示出來，其顯示格式在定義報警窗口時確定。
報警界面也有兩種類型：實時報警窗口和歷史報警窗口。實時報警窗口只顯示最近的報警事件，要查閱歷史報警事件只能通過歷史報警窗口。
5.5 數(shù)據(jù)報表界面
數(shù)據(jù)報表可以進行歷史報表和實時報表的查詢、編輯和打印。
基于圖靈組態(tài)的離心通風機防喘振監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以改善監(jiān)控人員的勞動條件，大大減輕他們的勞動量，而且相關人員能夠隨時隨地對通風機進行監(jiān)控。以防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生，本系統(tǒng)在通風機數(shù)量比較多的情況下，更能體現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)越性。
參考文獻
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