径向叶轮自适应控制系统的制作方法

1.本发明涉及鼓风机叶轮控制领域，特别涉及径向叶轮自适应控制系统。


背景技术：

2.径向叶轮机械在鼓风机、压缩机、真空泵流体系统的运用十分广泛，在石化、造纸、钢铁、水务等行业应用成效显著，但是由于人们对径向叶轮在流体系统对机械特理解研究不深刻，只能发生喘振后进行报警后紧急停机等应急方案，或者利用轴承振动传感器检查轴承的径向振动值数据范围来预判喘振，虽然在一定程度上能够避免一些喘振发生，但毕竟是被动的做法，不能从根源上消除喘振及带来的危害。
3.径向叶轮喘振会使叶轮的转子和定子经受反复交叉应力导致断裂，使得多级叶轮系统间压力失常而引起强烈振动导致密封和轴承破坏，且运动元件和静止元件相互碰撞，造成严重的事故，因此需要径向叶轮自适应控制系统来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供径向叶轮自适应控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：径向叶轮自适应控制系统，所述控制系统包括：
6.控制模块，所述控制模块包括plc控制器和物联网触摸屏，所述物联网触摸屏和plc控制器电性连接，且所述物联网触摸屏通过远程的数据交流与通讯，进行对系统远程控制；
7.所述控制模块电性连接有模拟量输入模块和模拟量输出模块；
8.数据采集模块，所述数据采集模块通过模拟量输入模块向控制模块进行数据传输，所述数据采集模块包括温度传感组和压力传感组；
9.所述温度传感组包括冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器；
10.所述压力传感组包括进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器；
11.磁悬浮风机组，所述磁悬浮风机组用于应用模式的选择控制，所述应用模式包括压力控制模式、流量控制模式和转速模式；
12.电源模块，所述电源模块进行系统的供电，所述电源模块包括总电源、ups电源和ac/dc电源；
13.自动卸荷模块，所述自动卸荷模块在磁悬浮风机组停机后启动，所述自动卸荷模块包括自动卸荷阀和步进电机控制器。
14.优选的，所述plc控制器的控制端电性连接有设备控制按钮，所述plc控制器的指示电路端电性连接有设备指示灯。
15.优选的，所述总电源的输出端和ac/dc电源的输入端进行电性连接，且所述ac/dc电源的输出端分别与自动卸荷模块和控制模块电性连接，通过ac/dc电源对自动卸荷模块和控制模块进行供电，所述步进电机控制器的控制端和plc控制器的控制端之间相互电性导通，通过步进电机控制器和plc控制器的信号交流，利用plc控制器进行自动卸荷阀的启动和关闭操作。
16.优选的，所述冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器、进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器的通信端均与模拟量输入模块的接收端电性连接，通过模拟量输入模块将各传感器采集到的数据实时发送至plc控制器处，进行数据采集。
17.优选的，所述所述冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器、进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器的接收端均与模拟量输出模块的输出端电性连接，通过模拟量输出模块向各传感器传输plc控制器的控制指令。
18.优选的，所述磁悬浮风机组包括磁悬浮高速电机、磁悬浮电机变频控制器和独立磁悬浮控制组件，所述独立磁悬浮控制组件与plc控制器和磁悬浮电机变频控制器电性连接，所述磁悬浮电机变频控制器的输出端和磁悬浮高速电机的控制端电性连接，磁悬浮电机变频控制器和plc控制器的通信端相互电性连接，通过磁悬浮电机变频控制器和plc控制器对磁悬浮高速电机进行启动和关闭控制，所述ups电源和ac/dc电源的输出端分别与磁悬浮高速电机、磁悬浮电机变频控制器和独立磁悬浮控制组件的接收端电性连接。
19.优选的，所述plc控制器的控制端电性连接有冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机，且所述冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机分别由开关电性控制，所述冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机的输出端分别电性连接有低压室排气风扇电机和高压室排气风扇电机。
20.优选的，所述独立磁悬浮控制组件包括主动磁悬浮轴承控制器和磁悬浮轴承位置及温度传感器，所述主动磁悬浮轴承控制器和磁悬浮轴承位置及温度传感器的通信端相互电性连接，所述ups电源和ac/dc电源的输出端均与主动磁悬浮轴承控制器的接收端电性连接。
21.优选的，所述磁悬浮风机组的运行控制模型分类包括精确压力控制、精确流量控制、速度控制和自适应混合控制。
22.优选的，所述自适应混合控制是根据使用方的用气特点，预先设定用气控制方式，且控制方式为压力和流量方式，同时在不同用气工艺段设置转换条件进行切换。
23.本发明的技术效果和优点：
24.本发明通过对叶轮机械特性数据研究，首先通过系统的设置提取叶轮的运行最佳运行效率区域，并对最佳运行效率区域进行标记，然后提取喘振线和喘振预警曲线，这样通过系统的设计进行叶轮运行逻辑关系处理，并在程序预设三种运行模式，使得径向叶轮能够提前预警并进行自适应调节，避免发生径向叶轮喘振，使得机械能够稳定安全的进行运转。
附图说明
25.图1为本发明系统模块组成连接示意图。
26.图2为本发明图1中a区域的模块连接示意图。
27.图3为本发明图1中b区域的模块连接示意图。
28.图4为本发明图1中c区域的模块连接示意图。
29.图5为本发明自适应控制系统软件的逻辑关系图。
30.图6为本发明图5中d区域的逻辑关系图。
31.图7为本发明图5中e1区域的逻辑关系图。
32.图8为本发明图5中e2区域的逻辑关系图。
33.图9为本发明图5中f区域的逻辑关系图。
34.图10为本发明图5中g区域的逻辑关系图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明提供了如图1-10所示的径向叶轮自适应控制系统，所述控制系统包括：
37.控制模块，控制模块包括plc控制器和物联网触摸屏，物联网触摸屏和plc控制器电性连接，且物联网触摸屏通过远程的数据交流与通讯，进行对系统远程控制；
38.plc控制器的控制端电性连接有设备控制按钮，plc控制器的指示电路端电性连接有设备指示灯。
39.控制模块电性连接有模拟量输入模块和模拟量输出模块；
40.数据采集模块，数据采集模块通过模拟量输入模块向控制模块进行数据传输，数据采集模块包括温度传感组和压力传感组；
41.温度传感组包括冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器；
42.压力传感组包括进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器；
43.冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器、进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器的通信端均与模拟量输入模块的接收端电性连接，通过模拟量输入模块将各传感器采集到的数据实时发送至plc控制器处，进行数据采集。
44.冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器、进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器的接收端均与模拟量输出模块的输出端电性连接，通过模拟量输出模块向各传感器传输plc控制器的控制指令。
45.磁悬浮风机组，磁悬浮风机组用于应用模式的选择控制，应用模式包括压力控制模式、流量控制模式和转速模式。
46.plc控制器的控制端电性连接有冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机，且冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机分别由开关电性控制，冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机的输出端分别电性连接有低压室排气风扇电机和高压室排气风扇电机；
47.独立磁悬浮控制组件包括主动磁悬浮轴承控制器和磁悬浮轴承位置及温度传感器，主动磁悬浮轴承控制器和磁悬浮轴承位置及温度传感器的通信端相互电性连接，ups电源和ac/dc电源的输出端均与主动磁悬浮轴承控制器的接收端电性连接。
48.磁悬浮风机组的运行控制模型分类包括精确压力控制、精确流量控制、速度控制和自适应混合控制；
49.自适应混合控制是根据使用方的用气特点，预先设定用气控制方式，且控制方式为压力和流量方式，同时在不同用气工艺段设置转换条件进行切换。
50.电源模块，电源模块进行系统的供电，电源模块包括总电源、ups电源和ac/dc电源；
51.总电源的输出端和ac/dc电源的输入端进行电性连接，且ac/dc电源的输出端分别与自动卸荷模块和控制模块电性连接，通过ac/dc电源对自动卸荷模块和控制模块进行供电，步进电机控制器的控制端和plc控制器的控制端之间相互电性导通，通过步进电机控制器和plc控制器的信号交流，利用plc控制器进行自动卸荷阀的启动和关闭操作；
52.磁悬浮风机组包括磁悬浮高速电机、磁悬浮电机变频控制器和独立磁悬浮控制组件，独立磁悬浮控制组件与plc控制器和磁悬浮电机变频控制器电性连接，磁悬浮电机变频控制器的输出端和磁悬浮高速电机的控制端电性连接，磁悬浮电机变频控制器和plc控制器的通信端相互电性连接，通过磁悬浮电机变频控制器和plc控制器对磁悬浮高速电机进行启动和关闭控制，ups电源和ac/dc电源的输出端分别与磁悬浮高速电机、磁悬浮电机变频控制器和独立磁悬浮控制组件的接收端电性连接。
53.自动卸荷模块，自动卸荷模块在磁悬浮风机组停机后启动，自动卸荷模块包括自动卸荷阀和步进电机控制器。
54.实施例一，如图5和图6所示，整个系统的运行操作流程为；
55.首先磁悬浮风机启动初始化程序，之后打开总电源开关，此时设备上电，打开操作面板上设备启动按钮，启动设备，设备启动之后或有以下过程；
56.过程一，plc控制器上电，进入自检程序，然后判断485通讯是否正常，id/od及模块端子输入输出是否正常，若是系统初始化程序完成，若否，则开始排除故障；
57.过程二，磁悬浮轴承控制器上电，当磁悬浮控制器与plc通讯正常时，系统处于待机状态，此时初始化程序完成；
58.过程三，触摸屏上电，当触摸屏与plc通讯正常，此时应用程序启动进入入口初始画面，此时初始化程序完成；
59.过程四，变频器上电，且与plc通讯正常，设备处于待机状态，此时初始化程序完成；
60.过程五，卸荷阀控制阀处于卸荷状态，此时初始化程序完成。
61.实施例二，压力控制模式的实施操作过程为；
62.首先设定鼓风机的排气压力，然后判断压力设定值是否是设备工作压力以内，若否，则重新设定压力值再进行判断；若是，则接着按动触摸屏上该模式启动按钮，此时控制
面板运行指示灯点亮，且磁悬浮轴承工作，之后判断转子中心位置是否在工作范围内，若否，报警排故后重新启动；若是，启动冷却循环泵及冷却器风扇，变频器按照斜坡信号启动，然后判断电机的转速是否达到怠速转速，若否，则等待达到怠速转速；若是，则关闭卸荷阀，之后变频器按照斜坡信号提升转速，此时系统压力与流量上升，接着再判断转速是否达到额定转速，若否，继续按照斜坡信号提升电机转速；若是，减小外负载的用气量，最后判断是否达设定压力值，若是，则完成压力启动模式；若否，则重新判断转速是否达到额定转速。
63.实施例三，流量控制模式的实施操作过程为；
64.首先设定鼓风机的排气流量，然后判断设定值是否是设备工作流量以内，若否则重新设定流量值；若是，则按动触摸屏上该模式启动按钮，控制面板运行指示灯点亮后，同时磁悬浮轴承工作，然后再判断转子中心位置是否在工作范围内，若否，则报警排故后重新启动；若是，则启动冷却循环泵及冷却器风扇，之后变频器按照斜坡信号启动，再判断电机的转速是否达到怠速转速，若否，则等待达到怠速转速；若是，则关闭卸荷阀，之后变频器按照斜坡信号提升转速，然后系统压力与流量上升，紧接着判断转速是否达到额定转速，若否，则继续按照斜坡信号提升电机转速；若是，则减小外负载的用气压力，最后判断是否达设定流量值，若是，则完成流量启动模式；若否，则重新判断转速是否达到额定转速。
65.实施例四，转速模式的实施操作过程为；
66.首先设定鼓风机的转速，然后判断设定值是否是设备工作转速以内，若否，则重新设定压力值，若是，则按动触摸屏上该模式启动按钮，此时控制面板运行指示灯点亮，同时磁悬浮轴承工作，之后判断转子中心位置是否在工作范围内，若否，则报警排故后重新启动；若是，则启动冷却循环泵及冷却器风扇，之后变频器按照斜坡型号启动，再判断电机的转速是否达到怠速转速，若否，则等待达到怠速转速；若是，则关闭卸荷阀，紧接着变频器按照斜坡信号提升转速，且系统压力与流量上升，然后判断转速是否达设定的转速，若是，则完成流量启动模式；若否，则先继续按照斜坡信号提升电机转速，再完成流量启动模式。
67.实施例五，自适应控制系统数据采集与分析；
68.通过硬件配置的传感器，对叶轮运行的参数压力采集，且实时的步骤为；
69.第一步，标定配置的压力传感器，通过砝码及天平来标定压力传感器数值；
70.第二步，从软硬件方面对传感器的模拟量进行滤波处理；
71.第三步，进行模拟量转化为数值量计算的：进口压力p1和出口压力p2；
72.第四步，通过叶轮进口与出口压力p1和p2计算出压比
△
p，该压比为叶轮运行时压比，也为机械特性上的纵坐标点；
73.第五步，根据叶轮工作时转速与流量线性关系，通过485通讯方式读取变频器当前的叶轮运行转速可计算出当前叶轮运行的流量值
△
v，该流量值为机械特性的横坐标；
74.第六步，编制适当控制软件的逻辑关系，叶轮运行当前的压比
△
p和流量值
△
v在机械特性坐标点位在黄色曲线以内。
75.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：控制模块，所述控制模块包括plc控制器和物联网触摸屏，所述物联网触摸屏和plc控制器电性连接，且所述物联网触摸屏通过远程的数据交流与通讯，进行对系统远程控制；所述控制模块电性连接有模拟量输入模块和模拟量输出模块；数据采集模块，所述数据采集模块通过模拟量输入模块向控制模块进行数据传输，所述数据采集模块包括温度传感组和压力传感组；所述温度传感组包括冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器；所述压力传感组包括进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器；磁悬浮风机组，所述磁悬浮风机组用于应用模式的选择控制，所述应用模式包括压力控制模式、流量控制模式和转速模式；电源模块，所述电源模块进行系统的供电，所述电源模块包括总电源、ups电源和ac/dc电源；自动卸荷模块，所述自动卸荷模块在磁悬浮风机组停机后启动，所述自动卸荷模块包括自动卸荷阀和步进电机控制器。2.根据权利要求1所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述plc控制器的控制端电性连接有设备控制按钮，所述plc控制器的指示电路端电性连接有设备指示灯。3.根据权利要求1所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述总电源的输出端和ac/dc电源的输入端进行电性连接，且所述ac/dc电源的输出端分别与自动卸荷模块和控制模块电性连接，通过ac/dc电源对自动卸荷模块和控制模块进行供电，所述步进电机控制器的控制端和plc控制器的控制端之间相互电性导通，通过步进电机控制器和plc控制器的信号交流，利用plc控制器进行自动卸荷阀的启动和关闭操作。4.根据权利要求1所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器、进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器的通信端均与模拟量输入模块的接收端电性连接，通过模拟量输入模块将各传感器采集到的数据实时发送至plc控制器处，进行数据采集。5.根据权利要求1所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述冷却液温度传感器、进气口温度传感器、非驱端绕组测温传感器、出气口温度传感器、驱端绕组测温传感器和槽内绕组测温传感器、进气口压力传感器、冷却液压力传感器、出气口压力传感器和进出口压差传感器的接收端均与模拟量输出模块的输出端电性连接，通过模拟量输出模块向各传感器传输plc控制器的控制指令。6.根据权利要求1所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述磁悬浮风机组包括磁悬浮高速电机、磁悬浮电机变频控制器和独立磁悬浮控制组件，所述独立磁悬浮控制组件与plc控制器和磁悬浮电机变频控制器电性连接，所述磁悬浮电机变频控制器的输出端和磁悬浮高速电机的控制端电性连接，磁悬浮电机变频控制器和plc控制器的通信端相互电性连接，通过磁悬浮电机变频控制器和plc控制器对磁悬浮高速电机进行启动和关闭控制，所述ups电源和ac/dc电源的输出端分别与磁悬浮高速电机、磁悬浮电机变频控制器
和独立磁悬浮控制组件的接收端电性连接。7.根据权利要求6所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述plc控制器的控制端电性连接有冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机，且所述冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机分别由开关电性控制，所述冷却系统循环泵电机和冷却器风机电机的输出端分别电性连接有低压室排气风扇电机和高压室排气风扇电机。8.根据权利要求6所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述独立磁悬浮控制组件包括主动磁悬浮轴承控制器和磁悬浮轴承位置及温度传感器，所述主动磁悬浮轴承控制器和磁悬浮轴承位置及温度传感器的通信端相互电性连接，所述ups电源和ac/dc电源的输出端均与主动磁悬浮轴承控制器的接收端电性连接。9.根据权利要求1所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述磁悬浮风机组的运行控制模型分类包括精确压力控制、精确流量控制、速度控制和自适应混合控制。10.根据权利要求9所述的径向叶轮自适应控制系统，其特征在于，所述自适应混合控制是根据使用方的用气特点，预先设定用气控制方式，且控制方式为压力和流量方式，同时在不同用气工艺段设置转换条件进行切换。

技术总结
本发明公开了径向叶轮自适应控制系统，包括控制模块、数据采集模块、磁悬浮风机组、电源模块和自动卸荷模块，控制模块电性连接有模拟量输入模块和模拟量输出模块，数据采集模块包括温度传感组和压力传感组，电源模块包括总电源、UPS电源和AC/DC电源，自动卸荷模块包括自动卸荷阀和步进电机控制器。本发明通过对叶轮机械特性数据研究，首先通过系统的设置提取叶轮的运行最佳运行效率区域，并对最佳运行效率区域进行标记，然后提取喘振线和喘振预警曲线，通过系统的设计进行叶轮运行逻辑关系处理，并在程序预设三种运行模式，使得径向叶轮能够提前预警并进行自适应调节，避免发生径向叶轮喘振，使得机械能够稳定安全的进行运转。使得机械能够稳定安全的进行运转。使得机械能够稳定安全的进行运转。


技术研发人员：曹时光 李新庭 张波
受保护的技术使用者：安德科悬浮（深圳）科技有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/7/21