孫強(qiáng)

【摘要】為了保證鼓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，本文以PLC為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了有針對(duì)性的防喘振控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要以鼓風(fēng)機(jī)作為設(shè)計(jì)背景，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生喘振的原因進(jìn)行了簡要分析，并著重論述了防喘振系統(tǒng)中相關(guān)的硬件配置與設(shè)計(jì)原理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基于PLC的鼓風(fēng)機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究。

【關(guān)鍵詞】PLC；鼓風(fēng)機(jī)；防喘振控制

引言

SIMATIC S7—400 FH是當(dāng)前比較先進(jìn)的安全性PLC，對(duì)于一些需要擁有較高安全等級(jí)的工廠，有很多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)在進(jìn)行控制的過程中，不會(huì)威脅相關(guān)工作人員以及相關(guān)操作設(shè)備的安全，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會(huì)馬上切換到安全模式。而如果鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象，則與之相連接的外圍管道也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)振動(dòng)，不僅會(huì)損害設(shè)備，還會(huì)帶來經(jīng)濟(jì)損失。本文便嘗試將S7—400 FH這種PLC控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)到鼓風(fēng)機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)中，從而保證其安全運(yùn)行。

1鼓風(fēng)機(jī)喘振產(chǎn)生原因

在鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，如果入口的氣體流量不足設(shè)備所設(shè)定的最小流量限時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)便會(huì)發(fā)生喘振，與之相連接的外圍管道，也會(huì)在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生相應(yīng)振動(dòng)，從特性曲線的角度看，其由直線變化成駝峰型，鼓風(fēng)機(jī)便會(huì)發(fā)生喘振。圖1所示的，便是鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線。

在轉(zhuǎn)速不同的情況下，T是特性曲線中表示極值的一個(gè)點(diǎn)，風(fēng)機(jī)流量與出口壓力之間，在T的兩邊所呈現(xiàn)出來的關(guān)系是相反的。由于鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，其所對(duì)應(yīng)的駝峰性特性曲線也有所差異，每一條特性曲線都有各自的極值點(diǎn)，將這些極值點(diǎn)相連接，所形成的先便是喘振線，喘振線下方為穩(wěn)定區(qū)，所有的運(yùn)行點(diǎn)都相對(duì)穩(wěn)定；而喘振線的上方為喘振區(qū)，所有運(yùn)行點(diǎn)都相對(duì)不穩(wěn)定。

2防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)硬件配置

S7—400 FH系統(tǒng)主要可以分成兩個(gè)相關(guān)子系統(tǒng)，鏈接兩者的設(shè)備是光纜，能夠?qū)崿F(xiàn)兩者之間的同步鏈接，與此同時(shí)，系統(tǒng)中還設(shè)置有一個(gè)故障冗余自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)以主動(dòng)冗余為基礎(chǔ)，通過雙通道的形式來完成運(yùn)行。其中，“主動(dòng)冗余”主要指的是系統(tǒng)中全部冗余資源始終保持在運(yùn)行狀態(tài)，在制定控制任務(wù)的過程中也不例外[2]。換句話來說，在S7—400 FH系統(tǒng)中，所有的用戶程序是被兩個(gè)中央處理器共同處理與執(zhí)行的。

2.2系統(tǒng)控制原理

鼓風(fēng)機(jī)的喘振會(huì)在很大程度上對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，所以，想要從根本上解決喘振問題，就要將運(yùn)行點(diǎn)始終控制在穩(wěn)定區(qū)，也就是喘振線的下部，這對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)的喘振控制來說，是非常重要的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，可以對(duì)防喘振閥的開合程度進(jìn)行控制，以此來控制進(jìn)入到鼓風(fēng)機(jī)中的流量，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最核心的依據(jù)。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)定值在防喘振曲線上，運(yùn)用對(duì)鼓風(fēng)機(jī)入口流量與出口壓力進(jìn)行檢測的方法，以設(shè)備運(yùn)行過程中的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對(duì)防喘振閥進(jìn)行有效控制。如果鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的某一工作點(diǎn)越過了防喘振控制線，發(fā)生喘振現(xiàn)象，這時(shí)防喘振閥便會(huì)在第一時(shí)間打開，對(duì)設(shè)備進(jìn)行消喘，在喘振消失以后，防喘振閥會(huì)逐漸關(guān)閉。

對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)來說，喘振實(shí)際上屬于這種設(shè)備的固有特性，在運(yùn)行過程中，還會(huì)受到進(jìn)氣的壓力以及溫度等因素的影響，溫度上升，喘振線會(huì)向下移動(dòng)；溫度降低，則喘振線會(huì)向上移動(dòng)[3]。壓力上升，喘振線會(huì)向上移動(dòng)；壓力降低，喘振線會(huì)向下移動(dòng)。所以，為了確保防喘振控制系統(tǒng)能夠在所有條件下都使用，還需要運(yùn)用溫度與壓力的補(bǔ)償算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程的有效控制。

2.3防喘振控制器

以上述防喘振控制的目標(biāo)與要求為依托，系統(tǒng)中的防喘振控制器需要具備以下幾方面功能：第一，設(shè)備需要能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和壓力的補(bǔ)償功能；第二，如果鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中的某一工作點(diǎn)接觸到報(bào)警線時(shí)，設(shè)備能夠在第一時(shí)間進(jìn)行喘振報(bào)警；第三，如果鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中的某一工作點(diǎn)接近防喘振線時(shí)，設(shè)備需要及時(shí)將放空閥打開，進(jìn)行放風(fēng)，從而將喘振消除；第四，如果鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中的某一工作點(diǎn)進(jìn)入到放風(fēng)線中，設(shè)備需要將放風(fēng)閥全部打開，以實(shí)現(xiàn)緊急放風(fēng)；第五，防喘振放空閥應(yīng)該快開慢關(guān)；第六，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的自整定。

3結(jié)束語

綜上所述，S7—400 FH是當(dāng)前非常先進(jìn)的一種PLC系統(tǒng)，將其運(yùn)用到鼓風(fēng)機(jī)的防喘振系統(tǒng)中，能夠確保系統(tǒng)的擁有較強(qiáng)的安全性與可靠性，也能夠在很大程度上避免鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。該系統(tǒng)可以在檢測設(shè)備喘振的同時(shí)，發(fā)出報(bào)警，也可以在第一時(shí)間消除喘振，從而保證鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)

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