鼓风机的控制系统设计

鼓风机的控制系统设计

潘超

江苏海拓宾未来工业集团科技有限公司

摘要:目前，国内钢厂的空气悬浮鼓风机大多为空气悬浮式或轴流式风机。随着科学的发展，可编程逻辑控制器（PLC）作为一种先进的电气控制系统，可以有效地替代传统的继电器控制电路，它们的连接简单、技术先进，可以有效地减少系统的故障，并且可以有效地抵御严酷的环境，如潮湿、高温、灰尘或者其他任何影响因子，从而提升系统的可靠性。这款产品具有出色的逻辑控制和多重优势，既具有良好的抗干扰素力，又具有较低的温度、振动和噪声，而且尺寸紧凑，即使处于极端的工况也能够持久地工作，而且操作简易，维修也十分容易。这款PLC控制系统具有强大的通信性、高效的数据传输、灵活的操作界面，为不同的应用场景提供了更加有效地控制。在这篇文章中，我们将深入探讨如何利用plc控制系统来实现对空气悬浮鼓风机的有效控制。这个系统能够帮助我们更好地操作空气悬浮式吹风器。

关键词：鼓风机；状态；控制系统

1控制系统总体方案设计

1.1PLC控制系统设计原则

（1）可靠性

如果因为错误的操作而导致的故障，在重置后，该系统仍然具有良好的稳定性，并且在极端情况下仍然保持着良好的运转状态。

（2）实时性

污水处理是一个复杂的系统，必须实时监控设备的运行状态和参数，一旦发现异常，就应立即发出警报，以确保污水处理的有效性。

（3）可扩展性

为了满足后期改造的需求，系统的运行时间应该尽可能地延长，可用率应该达到99.99%以上。

4）经济高效性

科技的发展不仅带来了更高的功能和性能，而且还大大降低了生产成本，这样才能让自动化技术渗透到生产的每一个环节，从而提升整体的自动化水平。

（5）可操作性

通过使用友好的控制计算机监控界面，可以轻松地对主要工艺参数和各种设备的运行状况进行实时监测，并且可以轻松地调整和更新，从而有效地推动流程的变革。

1.2系统功能需求分析

（1）在进行数据收集和分析时，我们会收集各种气体的压力信息，例如进气、排气和润滑油的压力。此外，我们还会收集气体的温度信息，例如进气、排气、油、冷却水、轴瓦和电机的温度等。PLC系统负责实时监控鼓风机的气动、润滑、冷却等各项功能，并且可以实时跟踪空压机的轴向位移，以确保其正常工作。

（2）采用先进的技术，我们的手动控制能够按照预先确定的流程执行动作，例如，能够按照预先指定的流程进入、关闭、卸货，并且能够通过与机组的性能加以比较，来确保机组处于最优的状态。

1.3系统设计目标

1.3.1性能指标

（1）保证鼓风机在最节能方式下运行。

（2）保证电机电流不超载。

（3）保证网络快速安全。

（4）机组控制系统的可靠性和可用性，

（5）机组控制系统各级负荷

（6）机组系统的可用率应不低于99.99%

在设计机组控制系统的过程中，我们希望它具有高度的可靠性，以便在出现故障的情况下，仍然可以正常运行。

1.3.2功能指标

（1）系统的开、停机过程可以全手动完成，也可以通过一键开、停机全自动完成。

（2）通过将软件与硬件相结合，可以实现机组之间的自动并联，从而提高效率。

1.4单台鼓风机需要进行监控的点数

2系统PLC硬件总体设计

2.1控制系统配置清单

协调控制盘PLC配置清单

2.2 PLC元件说明与接线

2.2.1协调控制盘采用西门子S7 300PLC

西门子集团推出的S7300，作为一款模块化的中小规模PLC，具有极强的灵活性，能够支持32个不同的功能，包括MPI、PROFIBUS以及工业以太网。

CPU 314-2 DP主要功能如下：

■微处理器

■扩展存储器

存储程序的各种信息，包括符号和注解，从而使得用户程序的存储空间更加充足。

■灵活的扩展能力

多达31个扩展模块（4排结构）。

■MPI多点接口

MPI接口可以支持S7300/400、PG、PC、OP等CPU之间的连接，其中PG和OP均可以独立运行。

■PROFIBUSDP接口

■内置输入/输出

2.2.2就地控制盘采用西门子S7 200PLC

2.4人机界面（HMI）的介绍

HMD是一种重要的信息传输工具，它能够将复杂的信息转换为人们能够理解的形式，无论是在系统中还是在用户之间，hmd都能够提供一个便捷的界面，使得人机交互变得更加高效、便捷。

HMI（手机）的基本组成要素有：处理器、屏幕、输出、连接和内置的软驱。在这些组成要素的基础上，处理器的表现力影响着手机的总体表现力，因此它们被视为手机的关键组成部分。为了满足各种需求，处理器的位置也会有所差异，一般来说，8位、16位和32位都有。HMD（HMI）是由PC机Windows操作系统驱动的，它可以实现多种功能，包括创建"工程文件"、"工程文件"等，并将其安装在PC机上，以便与hmd相连。此外，hmd还可以实现多种功能，如图形、动力学、视觉效果等。

人机界面（HMI）是一种多种多样的应用，它具有多种实用的功能，包括：实时监测设备的工作状况，提供多种多样的参考信息，支持多种编程语言、多种表达式，以及多种复杂的计算机程序，支持多种工业控制系统的联动。

未来，由于数字电子学与计算机科学的进展，HMD界面的等级区别会变得不那么明确，HMI的功能会变得更加强大。超过5.7英寸的HMD界面都会采用彩色显示，并且其寿命会变得更加增长。由于科技的进展，人机界面HMD的硬件也会不断提升，从而使得它们的性价比更加出色。目前，人机界面HMD的最新型号已经被定位为平板PC，它具备更快的处理器性能、更强的存储空间、更多的通讯协议、更强的网络连接功能，并且可以实现更好的软件资源共享，从而推动了人机界面HMI的未来发展。HMD技术的出现，使得它的尺寸（不超过5.7寸）变得更加紧凑，但是它的性能却不容忽视，因为它的尺寸更加紧凑，而且更加实惠，而且还可以提供更多的IO功能，因此，它正逐渐成为机器人操作的首选。

3软件设计

3.1控制系统软件模块的结构组成

控制系统的核心部分是PLC控制程序，它可以根据用户的要求执行各种控制功能，而且还可以支持HMI的用户体验，它可以让用户在不需要复杂的编程的情况下，轻松地控制执行元件，并且可以让用户在不同的场景中轻松地查看控制系统的实时信息，如图5.1所示。3.2 PLC软件系统实现功能

（1）SIMENTIC工业软件提供了多种扩展功能，可以满足不同用户的需求。

（2）强制和模拟调试。

（3）全局数据通讯。

（4）通过事件驱动的通讯能力，达到了信息的高速传递。

（5）组态连接。

3.3离心鼓风机控制逻辑的实现

3.3.1机组全自动启车主要逻辑的实现

当监控盘监测到管网中必须加装一个离心鼓风机，操作系统会手动监测未运行时间最长的鼓风机位置，并向它下发准备开始起动的指令。一旦所有的电气控制条件都满足，操作系统会将消息传递给监控盘。由于这台鼓风机是高速旋转装置，所以安全性是首要考虑的因素。一旦监控盘收到允许起动的消息，它就会立即启动，确保管网的正常运行。当机组经历了一段时间的波动，进入了一个平稳期，点击ACK开机，操作系统会自动控制入口导叶，以提高机组的负荷，而当机组进入半负荷期时，操作系统会自动关闭防喘振阀，此时两个调节动作会发生相反的变化。

随着压力和流量的不断增加，调节变得越来越困难。此时，系统将启动进行并网操作，一旦并网成功，系统将主动投放到协调控制盘，以配置电流以调节负载。

3.3.2机组全自动停车主要逻辑的实现

在机组需求完成全自动停止的情况下，应首先将70%的负荷减少，然后缓慢地将其排除，直至达到30%的负荷，最终才能启动停鼓风机。由于离心转动装置能够持续运行，而且无法经受突发的状态变化，因此，在正式启动之前，必须将70%的负荷减少，从而避免机器陷入极端的状态，而且，将这一过程规范化，将会大大提高机器的使用寿命。

3.3.3协调盘控制总管流量主要逻辑的实现

协调控制盘由S7 300 PLC实现，当单机并网完成后切入协调盘控制，根据PV与SP之间的误差来决定运用哪个范围的P、I参数，

结论

本工作是在深入了解离心式鼓风机的工作原理和PLC控制原理的基础上，分析了外部设备的控制技术，完成了自动控制系统的设计。特别是，应系统地解决鼓风机的自动启动、停机和负荷分配问题，例如，应考虑开发全自动协调鼓风机控制系统的背景。完成了基于PLC和PROFIBUS网络结构的可编程控制器控制系统的设计。

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