CN101446814B - 风机系统温度故障保护控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属压缩机、鼓风机温度故障保护控制领域，尤其涉及一种风机系统温度故障保护控制系统及其控制方法，包括工程师站、操作员站、下位机；所述操作员站用于过程值采集、监控，报表打印功能；所述工程师站用于现场监控、修改控制终端；所述操作员站与工程师站之间采用基于CP进行数据通讯；所述操作员站及工程师站与下位机PLC主站之间采用基于CP进行数据通讯。按如下步骤进行：1)实时读取电阻值；2)判断电阻是否短路或断路；若为短路或断路，当前温度被替换为设定温度；若未短路或断路，则返回步骤1)；3)需要检修并报警；4)判断是否检修；若已检修，则返回步骤1)；若未检修，则返回步骤3)。本发明自动化程度高，运行成本低。

Description

风机系统温度故障保护控制方法

技术领域

本发明属压缩机、鼓风机温度故障保护控制领域，尤其涉及一种风机系统温度故障保护控制系统及其控制方法。 

背景技术

对于风机控制系统等大型设备，需要能准确确定性能参数，验证是否达到设计要求，是否满足高效生产，是十分必要的，能够保证产品质量，树立产品信誉，保证客户效益有积极的意义。针对设备运行状态进行实时监测，并对运行数据进行实时分析，绘出实时及历史趋势，温度故障保护方法进行评估和预测，就故障程度、检修紧迫性给予积极可靠的指导，对于设备保持安全运行，排除故障，避免出现风机控制系统误认为风机喘振发生并且因温度检测元件故障不能及时排除直至误认为无法防止喘振发生的假象，导致放空阀全开浪费原料，甚至最终导致错误连锁停机，造成整套设备瘫痪或者机组损坏等一系列问题。为防止设备故障，一般情况下涉及到的输入参数有：入口压力、出口压力、入口流量、出口流量、入口温度、出口温度、阀位反馈等等。入口、出口温度对机组控制有很大的影响，如果出现断路或断路现象会导致程序失控，造成停机，为客户带来经济上等不必要的损失等问题。 

发明内容

本发明旨在克服现有技术不足之处而提供一种自动化程度高，运行成本低的风机系统温度故障保护控制系统及其控制方法。 

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的： 

风机系统温度故障保护控制系统，包括工程师站、操作员站、下位机； 

所述操作员站用于过程值采集、监控，报表打印功能； 

所述工程师站用于现场监控、修改控制终端； 

所述操作员站与工程师站之间采用基于CP进行数据通讯； 

所述操作员站及工程师站与下位机PLC主站之间采用基于CP进行数据通讯。 

作为一种优选方案，本发明所述下位机采用SimaticS7-300的PLC，经以太网通讯模块CP343-1通讯；所述下位机PLC主站之间采用Profibus-DP网。 

本发明所述SimaticS7-300采用CPU315-2DP内置Profibus-DP接口。 

本发明所述CP为PROFIBUS或工业以太网。 

风机系统温度故障保护控制系统的控制方法，可按如下步骤进行： 

1)实时读取电阻值； 

2)判断电阻是否短路或断路；若为短路或断路，当前温度被替换为设定温度；若未短路或断路，则返回步骤1)； 

3)需要检修并报警； 

4)判断是否检修；若已检修，则返回步骤1)；若未检修，则返回步骤3)。 

作为一种优选方案，本发明在正常的检测过程中，在设定的时间里，若测量的电阻值变化到远小于18.49Ω则为电阻短路；若测量的电阻值变化到远大于390.26Ω，则为电阻断路。 

本发明自动化程度高，运行成本低，PLC测控终端实行模块化设计，其体积小，重量轻，工作安全可靠，并具有在线自检和程序掉电保护功能。 

附图说明

下面结合附图和最简单的网络系统将具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。 

图1为本发明控制系统网络拓朴结构； 

图2为本发明控制系统程序判断框图； 

图3为本发明控制系统结构示意图。 

具体实施方式

如图1、2、3所示，风机系统温度故障保护控制系统，包括工程师站、操作员站、下位机； 

所述操作员站用于过程值采集、监控，报表打印功能； 

所述工程师站用于现场监控、修改控制终端； 

所述操作员站与工程师站之间采用基于CP进行数据通讯； 

所述操作员站及工程师站与下位机PLC主站之间采用基于CP进 行数据通讯。 

所述下位机采用SimaticS7-300的PLC，经以太网通讯模块CP343-1通讯；所述下位机PLC主站之间采用Profibus-DP网。所述SimaticS7-300采用CPU315-2DP内置Profibus-DP接口。所述CP可选择PROFIBUS或工业以太网。 

风机系统温度故障保护控制系统的控制方法，其特征在于，按如下步骤进行： 

1)实时读取电阻值； 

2)判断电阻是否短路或断路；若为短路或断路，当前温度被替换为设定温度；若未短路或断路，则返回步骤1)； 

3)需要检修并报警； 

4)判断是否检修；若已检修，则返回步骤1)；若未检修，则返回步骤3)。 

本发明在正常的监测过程中，在设定的时间里，若测量的电阻值变化到远小于18.49Ω则为电阻短路；若测量的电阻值变化到远大于390.26Ω，则为电阻断路。 

如图2所示，本发明根据pt100的特性，温度电阻变化范围在-200℃到850℃时对应的电阻阻值为18.49Ω-390.26Ω，如果现场测得的阻值在以上的值中间为合理的区间，如果发生断路或短路，电阻值将不在此范围内，断路电阻为无限大，短路电阻将远小余18.49Ω。 

程序环境： 

STEP 7提供了一个自动化项目所有阶段所需的功能--包括搭建、 运转、测试和维修，从而支持了整个工程的工作流程。STEP 7是由车间的硬件配置和模块的参数确定两部分组成的，这意味着硬件设置不必再次执行。用STEP 7的GUI，可以定义一个项目内部的通信连接。STEP 7更轻松的编程和组态工具。STEP 7是西门子公司PLC产品编程组态软件。 

本算法描述：在程序上进行实时判断，异常时需要控制到的温度数值，当电阻断路或短路时，使用设定温度电阻值取代错误的值，并提供报警。设定的值可以保证机组的正常运行，不跳车，或发生喘振。电阻短路的判断方法，在正常的监测过程中，在设定的时间里(2秒)如果测量的电阻值变化到远小于18.49Ω(6)则认为电阻短路。 

电阻断路的判断方法，在正常的监测过程中，在设定的时间里(2秒)如果测量的电阻值变化到远大于390.26Ω(5000)则认为电阻断路。 

同时程序上提供是否投用或解除的选择按钮，方便用户手动的选择。 

温度故障保护系统组成： 

本发明系统包括：工程师站、操作员站、网络部分、下位机；工控机选用研华工控机，操作员站用于过程值采集、监控，报表打印等功能，工程师站用于现场监控、修改等控制终端。 

网络部分：上位机HMI之间及上位机与PLC主站之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络，网络电缆远距离采用光纤，近距离采用网线，使用交换机技术，通讯速率为10/100Mb/s。 

下位机部分：采用Simatic S7-300 PLC组成，S7-300采用以太网通讯模块CP343-1通讯。本系统PLC之间采用Profibus-DP网。Simatic S7-300所采用的CPU315-2DP内置Profibus-DP接口可直接接入Profibus-DP网，速率最快达12Mb/s。 

本发明是利用PLC工业控制技术和网络通讯技术，以实现温度故障保护综合判断的控制系统，其自动化程度高、运行成本低等。风机控制故障保护系统，包括：操作员站、工程师站、网络部分、下位机；所述操作员站和工程师站均采用研华工控机，其具有较高的防磁、防尘、防冲击的能力并且便于维护，有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。所述网络部分中操作员站和工程师站HMI之间及与PLC主站之间采用基于TCP/IP协议的工业以太网络，网络电缆远距离可采用光纤，近距离采用TCP/IP协议，使用交换机技术，通讯速率为10/100Mb/s。 

本系统PLC之间采用Profibus-DP网，速率最快达12Mb/s。从站采用的是ET200M，配置IM153用于完成Profibus-DP的通讯。最终实现完整的风机系统温度故障保护系统的监控与数据等方面的管理。 

1.监控终端软件设计 

选用的SIMATIC WinCC时使用最新软件技术的软件。WinCC是Windows Control Center的简写，换句话说，它可以提供Windows NT、Windows 2000/XP和Windows 2003标准环境下安全控制过程所需的所有功能。WinCC按照价格和性能分级、能高效控制自动化过程的过 程可视化系统。画面的切换操作采用图形动态连接，画面中所设置的功能完善，只需对画面操作就可完成监控整个机组，操作方法简单方便。当有温度故障出现，可以通过察看历史趋势，一目了然的对现场出现状况的时间、现场在岗人员、解决问题时间、以及判断问题出现后系统自动调节时间等等信息，真正实现自动化程度高水准。 

2.控制方式设计 

在下位机程序处理中，首先对所有的温度变量进行故障分析处理功能，保证每个温度故障出现时进行详细分析判断，在温度故障出现时不会出现风机控制系统的误动作。 

在上位机组态软件中，首先对所有的温度进行数据采集，并且设置定时归档，对数据采集的时间进行必要的设置，保证在出现问题时及时查找并且能够准确时间，同时对客户权限进行必要的设置，能够保证在出现问题的时候能够查找到相关的在岗人员，以及判断出解决问题的响应速度。 

在模块构成上，我们所选用的各模块规格及技术指标如下： 

在系统的上位机，即中央监控系统，我们选用工业控制机和WINDOWS 2000做为基础的硬件平台和软件平台，以构成图形化的监控终端，该终端通过网卡或远程通信线路与下位机进行数据传输，同时用WinCC编程软件进行系统开发，在系统内部设置了动态实时数据库、历史记录数据库、监控对象数据库等多种关系型数据库。 

3.系统功能 

(1)信息采集 

该功能主要由下位机来完成，各PLC采样单元通过扫描来采集控制柜内各AI、DI点所连接的设备当前所处的状态和各类报警信息，其采样扫描周期小于10ms。 

(2)编码传输 

用于将下位机系统所采集到各类信息进行编码并经通讯网络传至上位机操作系统，以供进一步处理。 

(3)设备控制 

该功能是上位机系统根据除尘控制器的运行状况而对其各设备进行远程谐调控制，经网络传送到下位机；由下位机系统负责执行各种操作命令并采集命令执行期间的操作信息返回给上位机系统。其控制方式有单个对象控制和模式控制两种，采用选择、确认、执行三步来操作，当操作被禁止时，系统将给出提示信息提醒操作员注意。 

(4)状态监视 

在上位机系统的显示器上开窗口以图形化的显示出空压机所有控制设备的状态画面。以实时监视空压机各控制设备的当前状态。利用WinCC软件可以将整个流程及各部分细节以图形的方式表述，在组态时根据实际情况将各种设备状态和仪表读数按照工艺区域划分为若干幅流程图，流程图之间可通过目录树的方式自由切换。如果要操作流程图上的某一设备，只需用鼠标点击设备图标或设备位号就可在弹出的面板上进行操作。 

(5)故障报警 

在系统检测到故障信息后立即弹出显示在故障报警窗口中，以不 同的颜色等级方式显示出相应的故障信息、故障点和故障时间；同时，自动将该故障信息存入故障信息数据库。 

(6)文档生成 

该功能用于对系统内各项信息进行归纳、分析和整理，并生成所需的各项报表，如操作记录，报警记录，同时依据现场用户要求可设置是日报、月报和年报等方式。 

(7)数据统计与分析 

该功能用于将系统内测量的模拟信息记录到模拟量历史数据库中，同时可根据用户的需要，将记录在数据库中的数据信息进行统计与分析，以生成实时趋势图和历史趋势图，并可随时调用查找对比等。操作员站上不仅能对整个流程进行图形化监控，还具有报警记录和历史数据记录功能。流程中每一个设备的状态、每一个仪表的读数都被记录在项目数据库中，并长期保存。操作人员还可以根据设备运行的实际情况预先设定一些参考值(例如液位报警点)，这样系统在读取数据时就会将当前值与设定指作比较，一旦出现异常状态在操作界面上会马上出现醒目的报警信息并发出报警声，以提醒操作人员处理可能的故障。 

4.技术特征 

利用PLC实现空压机监控系统的主要特征如下： 

·分布式的采样单元实现数据的就近采样。 

·信息的自动采集和逻辑编程控制输出，可实现系统的动态实时监控。 

·网络间的数据传输用于实现设备的联动联锁控制，极大的简化了上位机的控制操作，方便本地操作。 

·PLC测控终端模块化，体积小，重量轻，工作安全可靠，并具有在线自检和程序掉电保护功能。高可靠性、模块化设计、网络式结构、自检功能、软件编程及自动化程度高、版本易升级等优点。 

·西门子公司的可编程控制器S7-300系列，具有高可靠性、稳定性及无与伦比的网络连接能力，特别适应于室外、隧道内等恶劣环境下的自动化控制。 

·图形监控终端用于实现图形化、数字化的集中监控，并可根据用户需求自动生成各类报表。 

·内置的MPI/DP、DP等通讯口可用于现场的编程、调试、扩展和维护。 

5.主要技术指标 

·远程命令传送时间≤2.5秒 

·远程信息变位传送时间≤2.5秒 

·远程控制正确率≥99.9％(不允许误动) 

·远程信息响应正确率≥99.9％ 

·防护等级：IP55 

·工作温度：0~60℃ 

·存储温度：-40~+85℃(IEC68-2-14) 

·相对湿度：0％~95％不凝露 

·海拔高度：0~4500。 

Claims (1)

1.风机系统温度故障保护控制系统的控制方法，其特征在于，按如下步骤进行：以PT100电阻作为现场温度检测元件；

1)实时读取电阻值；

2)判断电阻是否短路或断路；若为短路或断路，当前温度被替换为设定温度；若未短路或断路，则返回步骤1)；

3)需要检修并报警；

4)判断是否检修；若已检修，则返回步骤1)；若未检修，则返回步骤3)；在正常的检测过程中，在设定的时间2秒里，若测量的电阻值变化到远小于18.49Ω则为电阻短路；若测量的电阻值变化到远大于390.26Ω，则为电阻断路。

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