PLC在离心式压缩机防喘振控制系统中的运用探析.pdf

科技创新导报 2017 NO.12 Science and Technology Innovation Herald 工 业 技 术 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald122 PLC在离心式压缩机中， 属于先进的控制技术。 由于离 心式压缩机运行时， 会产生喘振， 造成机器运行不稳定。 可 以用FOXBORO盘前二次表来控制喘振， 但维护方面比较 繁琐， 工作量大， 而且常出现不明原因的停机故障问题。 因 此， FOXBORO盘前二次表消除喘振的效果不够好。 PLC是 消除设备喘振效果较好的控制技术， 此研究主要进行分析 PLC的应用及其效果。 1 何为离心式压缩机喘振 离心式压缩机设备中有叶轮的设计， 叶轮可以通过高速 率的旋转将气体输送至压缩腔中并压缩气体。 如果气体流 量过少， 会造成滞留在设备管网的气体返流至压缩腔内。 气 体的快速灌入使压缩机口与管网间的压力差急剧增大， 促使 气体从压缩腔内排放出来。 由此可见， 在气体流量不足的情 况下， 气体会在压缩机内产生震荡， 而这一过程是有规律性 的， 因而会产生规律性的振动， 即是喘振。 喘振会造成压缩 机运行不稳定， 因此必须要消除喘振的影响。 一般会对压缩 机出口进行处理， 使其压力下降， 缩短喘振。还可以调整压 缩机入口的气体流量， 尽量消除喘振[1]。 2 消除设备喘振方法 2.1 控制相对稳定的气体流量 由于气体流量的变化是造成喘振发生的重要原因。 控制 气体流量是消除设备喘振的有效途径。 一般是对离心式压 缩机进行流量限定。 即设置好压缩机的气体流量定值， 这个 定值是最低的流量值。 通常来说， 定值的设置要在发生喘振 流量阈值的7～10的范围内。 在压缩机进行气体压缩的过 程中， 进气的流量要保持超过这个定值， 避免发生喘振。 但 这一方法也有缺陷， 就是运行速度恒定的设备才能发挥良 好的消除喘振效果， 如果运行速度是变化的， 这一消除喘振 的方法不适用。 而且， 如果设备是低负荷运行的， 那么设置 气体流量定值这一方法对消除喘振的效果也不理想， 不适 用。 2.2 将不同的气体流量转化为定值 由于喘振与压缩腔出口压力、 叶轮旋转速率、 气体压缩 比等有关。 因此， 在使用变速运行的离心式压缩机时， 喘振 点会不断变化。 那么如果要消除喘振， 则应将不同设备状态 下、 不同的气体流量进行控制。 可以使用随动系统来完成对 气体流量的控制， 将气体流量转化成为稳定的一个定值， 保 证设备稳定运行， 避免进入喘振区。 使用随动系统的方法操 作简单、 安全， 是广泛使用的方法[2]。 3 GE Fanuc 90-30 PLC在离心式压缩机中的运用 3.1 GE Fanuc 90-30 PLC控制系统 GE Fanuc 90-30 PLC控制系统中， 包含了双机热设 备、 CPU、 电源、 通讯线路及模 块。 该控制系统中的控制装 置与GBC网络连接， 形成热备功能的网络控制架构， 并服务 于整个系统。 该设备中主要由两层相互连接、 通讯的机架连 接， 以端子排来作为连接的最基础部分， 形成数据采集系 统。这一系统的作用主要是对设备运行进行数据采集和记 录、 控制。 GP-470屏幕与其他部件连接， 形成上位机监控 的主要硬件条件。这一部分使用的操作系统是微软公司的 Windows NT 4.0。 GP-470屏幕在操作系统及控制装置、 数据采集装置的配合下， 可以输出各种组态画面。 而相关工 作人员可以通过屏幕输出的信息了解机组情况， 并进行相应 的控制操作和监控。 3.2 GE Fanuc 90-30 PLC系统的优化 由于在机组的运行中， 需要快速了解机组的情况。 这就 需要GE Fanuc 90-30 PLC控制系统能够进行快速计算， 实现PID算法， 输出信息。 因此， 在GE Fanuc 90-30 PLC 控制系统系统中， 装置有高性能的CPU 351。 CPU 351模块 可以迅速完成PID算法， 并能够结合梯形图， 实现对不同气 体流量的转化和控制。 在CPU 351 高性能的配合下， 可以 提高PLC系统消除喘振的效果。 除此以外， 在PLC中还增加 DOI 10.16660/ki.1674-098X.2017.12.122 PLC在离心式压缩机防喘振控制系统中的 运用探析① 于政日 （沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司 辽宁沈阳 110869） 摘 要 PLC在离心式压缩机中使用， 可以明显消除喘振造成的影响， 提高压缩机设备运行的稳定性。 该技术的应用， 使离心式 压缩机的维护更加简便， 并能达到更好的经济效益。 该文探讨了何为离心式压缩机喘振， 分析了消除设备喘振方法， 研究了GE Fanuc 90-30 PLC在离心式压缩机中的运用， 以及GE Fanuc 90-30 PLC系统中的功能和优势。 关键词 PLC 离心式压缩机 防喘振控制系统 中图分类号 TP273;TH452 文献标识码 A 文章编号 1674-098X201704c-0122-02 ①作者简介 于政日 （1977,6） ， 男， 汉， 辽宁丹东人， 硕士研究生， 高级工程师， 研究方向 控制工程。 科技创新导报 2017 NO.12 Science and Technology Innovation Herald 工 业 技 术 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald123 了故障信号收集功能。 在离心式压缩机发生停机故障的情 况下， PLC可以及时获取停机原因， 以便进行及时维修， 恢 复压缩机的运行。 为能够提高操作的简便性， 方便维护， 通 常会将PLC组件装在固定的防爆控制柜中， 并放置在操作室 内[3]。 4 GE Fanuc 90-30 PLC系统的功能和优势 GE Fanuc 90-30 PLC是一个性能稳定、 价格适当、 性价比高的控制系统。 该系统具备了双机热备功能， 正常运 行时可以实现主机、 电源等组件冗余。 而PLC的主机和从机 的切换具有高度自由性， 且不受干扰。 数据采集部分可以以 10mb/s的速率传输数据。 在通讯方面， PLC支持的通信协 议并非是单一的， 而是多样化的。 因此， PLC系统在通讯方 面具有开放性的特点， 能够实现其他的PLC系统以及DCS系 统进行无障碍通讯[4]。 PLC控制系统还具备了自动故障诊断功能、 容错功能。 该系统使用的CPU351能够高速完成PID算法， 实时刷新、 输 出信息。PLC中设置的LogicMaster绘图软件是一个逻辑 性强的软件。 该软件能够进行梯形图的绘制， 为PLC控制喘 振提供数据。 由于该软件中增加了收集故障信息功能， 能够 为离心式压缩机的故障诊断和维修提供参考。PLC系统的 GP-470屏幕可以输出信息， 工作人员可以通过屏幕对离心 式压缩机机组进行监控、 操作。 5 结语 离心式压缩机本身的叶轮、 压缩腔等的设计特点使其存 在喘振的现象。 喘振可造成离心式压缩机机组运行不稳定， 压缩气体效果不佳。 防喘振是维护离心式压缩机工作中的 重要内容。 GE Fanuc 90-30 PLC控制系统自从运用到离 心式压缩机中以来， 发挥了良好的防喘振效果。 在操作方面 极为简便， 提高了离心式压缩机的性能。 该控制系统运行过 程中， 运行性能稳定， 离心式压缩机机组极少再出现喘振现 象， 有效提高了经济效益。 参考文献 [1] 陈浩然,陈奎,赵冬,等.离心式压缩机防喘振方法的应用现 状[J].重庆理工大学学报 自然科学版,2015,29342-47. [2] 宋海成.离心式压缩机的防喘振控制[J].自动化技术与应 用,2015,24129-14. [3] 邢明磊,王志鑫,史吉隆,等.离心压缩机防喘振智能控制 系统初探[J].化工中间体,2015,34122-3. [4] 宋锋,田文海,龙飞,等.PLC在离心式压缩机防喘振控制 系统中的运用[J].电子技术与软件工程,20163151. 滑移率之上， 因此我们可以从设计角度认为制动系统并没有 达到最大的制动效果。 因此我们在考虑制动滑移率的问题 上还需要针对车轮抱死或者是打滑的滑移率。 因此ABS制 动系统就是在这样的设计基础上来实现汽车制动系统的安 全可靠有效。 ABS制动系统为了有效地克服上述制动问题， 在系统中新增加了驱动防滑控制系统。 驱动防滑控制系统在 一定意义上来讲是ABS制动系统的一种功能上的延伸和拓 展。 驱动防滑控制系统主要控制装置实现了电子控制， 能够 更加智能化地实现制动控制， 还可以在一定程度上实现对 车轮速度的监视。 驱动防滑制动控制装置目前主要的应用 还是在重型汽车的制动上面。欧洲国家大多数的重型汽车 都安装了驱动防滑控制装置， 这样能够最大限度地保障汽 车在行驶过程中的制动效果， 保障汽车的行驶安全。 3 简要叙述目前我国全电制动汽车控制系统的发展 3.1 简述全电制动汽车控制系统的驱动能源的处理 全电制动汽车控制系统作为一项新的制动技术， 为汽车 制动系统的变革和发展起到了非常大的作用。 但是在实际的 应用过程中还需要进一步地处理一系列问题。 驱动能源的 处理问题就是其中一项重要问题。 全电动的制动系统本身就 需要在工作过程中有大量的能源作为支持。 消耗的能源量非 常大。 目前我国很多的汽车还不能够提供大量的能源用于 汽车的制动。 因此这一问题需要日后妥善处理。 3.2 简述全电制动汽车控制系统中的失效处理 全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。 因为不存在独立的主动备用制动系统， 因此需要一个备用系 统保证制动安全， 不论是ECU元件失效、 传感器失效还是制 动器本身、 线束失效， 都能保证制动的基本性能。 3.3 简述全电制动汽车控制系统中的抗干扰处理 车辆在运行过程中会有各种干扰信号， 如何消除这些干 扰信号造成的影响， 目前存在多种抗干扰控制系统， 基本上 分为两种 即对称式和非对称式抗干扰控制系统。 对称式抗 干扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理 制动信号。 非对称式抗干扰控制系统是用两个不同的CPU 和不一样的计算程序处理制动信号。 参考文献 [1] 王遂双.汽车电子控制系统的原理与检修[M].北京 北京 理工大学出版社， 2000. [2] 潘旭峰.现代汽车电子技术[M].北京 北京理工大学出版 社， 1998 1033-1042. [3] 周润景， 图雅， 张丽敏.基于Quartus II的FPGA/CPLD 数字系统设计实例[M].北京 电子工业出版社， 2010 408-411. [4] 李伯全， 田洪胜， 王瑞， 等.基于FPGA的EMB力矩电机控 制器设计[D].江苏大学机械工程学院， 2011. [5] Steve Kilts， 著.高级FPGA设计结构、 实现、 和优化 [M].孟宪元， 译.北京 机械工业出版社， 201023-55. 上接121页）