組態軟件在離心通風機防喘振控制系統中應用

強明輝,孫樹鑫,張曉森

(1.蘭州理工大學 電氣工程與信息工程學院，甘肅省工業過程先進控制實驗室,甘肅蘭州730050;2.蘭州理工大學 石油化工學院,甘肅 蘭州730050)

離心式通風機是硅酸鹽工業中廣泛使用的通風機械，如窯爐系統、粉磨系統、除塵系統等的通風。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測主要由操作人員根據機旁儀表手動進行，這種操作方式過于依賴工作人員的操作水平，同時對于工作環境十分惡劣的場合，不適合人工現場操作。為提高通風機系統的自動化程度，提高其工作可靠性，改善操作人員的工作環境，本文基于組態軟件設計了通風機的監控系統。本文選擇圖靈開物Turing Control7.3組態軟件所開發的離心通風機監控系統，組態形象生動,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。

圖1 離心通風機特性曲線

如果工作點為B點，要求通風機流量繼續下降，則壓縮機吸入流量Q

2 系統監控要求

離心通風機防喘振控制系統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。其監控主要包括：影響通風機喘振現象n個狀態參量的實時監測，系統設置、診斷、曲線分析和數據管理等功能。

控制內容包括：離心通風機轉速的控制，當系統接近喘振狀態時，系統自動調節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生。

3 監控系統網路結構

圖靈組態基于網絡的概念，以客戶—服務器模式，運行在基于TCP/IP網絡協議的網絡上。圖靈組態的網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,用戶可以根據系統需要設立專門的I/O服務器、歷史數據服務器、報警服務器和登錄服務器等?；趫D靈組態的通風機遠程監控系統采用如圖2所示的網絡結構。

圖2 監控系統網絡結構

在圖2的網絡結構中，PLC與現場的傳感器、變送器和調節機構相連，完成對通風機相關參數的檢測和現場的控制。IO采集站只負責設備數據采集，數據服務器集報警服務器、歷史數據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，歷史數據的記錄和用戶登錄的驗證。主控機用以瀏覽IO采集站上的實時數據，查看IO站點的報警信息，查詢IO站點的歷史記錄，可以實現對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Web版運行系統內嵌Web服務器系統處理遠程IE端的訪問請求，無需額外的Web服務器。遠程監控終端通過網絡能夠在任何地方對通風機進行遠程監控。

要實現圖靈組態的網絡功能，除了具備網絡硬件設施外，還必須對圖靈組態各站點進行網絡配置。首先必須將所有進入網絡的計算機設置成聯網運行模式，取一個唯一的節點名，并且將它們的網絡參數設置成一致。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。網絡配置的最終目的是可以實現各站點之間的數據共享。

4 圖靈組態軟件與PLC的通信連接

圖靈組態軟件內嵌各種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，圖靈組態對外部設備的管理是通過對邏輯設備名的管理實現的，在數據詞典中建立若干I/O變量，使之與PLC的數據寄存器之間建立通道，通過這些I/O變量便可以讀或寫PLC的數據寄存器。

圖3 圖靈組態與PLC的通信連接

5 主控機監控系統組成及功能

5.1 監控系統主要模塊

主控機監控軟件一般包含以下模塊:系統監控界面、實時監測曲線界面、報警曲線界面（實時、歷史）和數據報表界面。

離心通風機防喘振狀態監控與分析系統的總體框圖如圖4所示。圖4中各個模塊的主要功能為以下幾點。

圖4 系統狀態監控與分析的總體框圖

(1)實時監測：系統通過TuringControl組態軟件實現了對通風機運行所有參數的實時監測，使得通風機當前的壓力、溫度、流量、振動、噪聲等參數直觀動態地顯示在同一畫面上。

(2)系統設置：監控系統根據操作人員不同，設定不同的使用權限，有效地保證了系統操作的安全性。

(3)系統診斷：通過實時監測通風機的各個參數，實現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的故障類型、產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據的監控分析，實時觀察各參量的變化，并能查詢歷史數據和歷史曲線，并與之進行對比和分析，能夠更進一步改進系統防喘振效果，提高系統效率。

(5)數據管理：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、刪除故障規則，從而在系統運行的過程中做到不斷的自我完善。同時可以實現對所有監測數據和圖形曲線的歷史查詢，并提供數據曲線保存、打印等功能。

5.2 系統監控界面

系統監控界面以圖形顯示通風機的運行狀況，實時動態顯示各監測參數，并可以對通風機的運行狀態進行相關控制，如圖5所示。

圖5 系統監控界面

5.3 實時監測曲線界面

實時監測曲線可以實時顯示當前通風機運行各參數值，以便于及時記錄和查詢，很好地服務于通風機喘振控制。

由于系統壓力、流量、振動、噪聲等參數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，圖靈組態軟件自動對需要報警的變量進行監視。當發生報警時，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。

圖6 溫度實時曲線界面

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 數據報表界面

數據報表可以進行歷史報表和實時報表的查詢、編輯和打印。

基于圖靈組態的離心通風機防喘振監控系統不僅可以改善監控人員的勞動條件，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控。以防止喘振現象的發生，本系統在通風機數量比較多的情況下，更能體現系統的優越性。

[1]何衍慶,俞金壽,蔣慰孫.工業生產過程控制[M](第一版).北京：化學工業出版社,2004.

[2]崔揚.基于PLC的多組空壓機遠程監控系統[J].壓縮機技術，2004(1):22-24.

[3]李雁飛,張衛東,陳國鈞.基于監控組態軟件的壓縮機監控系統設計[J].艦船科學技術,2005,27(8):32-34.

[4]張烯,李奇,譚躍進.組態軟件在壓縮機監控系統中的應用[J].壓縮機技術，2006(8):33-35.