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基于PLC和變頻器的冷媒水壓力控制

作者: 時間:2014-03-04 來源:網(wǎng)絡 收藏

1 引言

  冷媒水是工廠公用工程的基本系統(tǒng)?;?span id="dvndj57" class=hrefStyle>plc和系統(tǒng)具有自動化程度高、高效節(jié)能、安全衛(wèi)生、維護方便等優(yōu)點;采用技術,擴展性高;上位計算機控制系統(tǒng)具有過程畫面動態(tài)顯示、流程管理及打印等先進功能。

2 系統(tǒng)原理設計

  2.1 系統(tǒng)總體

  (1) 目標設計

  系統(tǒng)設計的目標是在生產崗位冷媒用水需求變化的情況下,使用plc自動控制技術保持管網(wǎng)供水壓力穩(wěn)定,以達到節(jié)能減排,減低成本的目標。

  (2) 方案設計

  每臺冷凍機配有2臺泵,正常運行時其中任一臺運行于調速狀態(tài),而另一臺泵備用,也可隨時投入狀態(tài)運行。兩臺泵的運行狀態(tài)的切換采用手動方式,并要求兩臺泵互鎖,不能同時投入運行。為使各泵平均工作時間相同,需要設置定時換泵功能。設定定時換泵功能后,當一臺泵連續(xù)工作時間超過設定值后,且備有泵處于“休息”狀態(tài),則系統(tǒng)提示換泵,以保證各臺水泵運行時間均等,延長水泵使用壽命。當發(fā)生故障時,能夠自動轉換至工頻繼續(xù)運行,以確保供水不間斷。

  (3) 功能設計

  系統(tǒng)具備報警功能、實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲等功能。報警顯示包括越限報警和故障報警。當預置監(jiān)視的模擬量超過所規(guī)定的界限值或開關量狀態(tài)跳至報警位,即產生越限報警。當預置監(jiān)視的設備或工藝過程發(fā)生故障,控制系統(tǒng)發(fā)生故障即產生故障報警。一旦發(fā)生報警事件,報警信號上傳上位機,同時接入蜂鳴器進行報警,報警記錄顯示不同的顏色。上位工控機對各水泵的開啟、關閉或故障等實時狀態(tài),以及溫度、出口壓力、調節(jié)閥開度和水泵轉速等實時數(shù)據(jù)進行存儲,并可進行快速報表查詢及打印。

  2.2 系統(tǒng)組成

  本系統(tǒng)設計包括上位機、就地觸摸屏和下位機三部分。上位機顯示工藝流程顯示圖、參數(shù)成組顯示圖、設備運行狀態(tài)顯示、動態(tài)顯示冷媒水的溫度、壓力和水泵轉速等數(shù)據(jù)。同時具有高速歷史數(shù)據(jù)的存儲和查詢、報警等功能。就地觸摸屏上也可以動態(tài)的顯示冷媒水的溫度、壓力和水泵轉速等數(shù)據(jù)。下位機plc實現(xiàn)冷媒水自動控制過程。

  下位機系統(tǒng)采用西門子s-7 200 plc、abb、壓力傳感器、溫度傳感器、模擬調節(jié)閥門及其他控制設備組成。plc控制部分,因系統(tǒng)有6個模擬量輸入,4個模擬量輸出,需使用擴展單元,所以選用主機為cpu224plc一臺,加上兩臺模擬量輸出模塊em232,再擴展一個模擬量i/o模塊em235。采用em277 frofibus-dp 模塊與上位機進行通訊[1]。該模塊用于接受上位機指令并上傳報警信號。

  2.3 控制原理

  系統(tǒng)采用兩路pid閉環(huán)控制,根據(jù)壓力表測得的數(shù)據(jù)分別調整比例閥和水泵轉速,保證崗位上冷媒水壓力穩(wěn)定,并使整個系統(tǒng)達到最節(jié)能。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

  在冷凍機開啟運行時,控制系統(tǒng)控制冷媒水循環(huán)泵按照恒流量,此時水泵轉速置為最大,壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力,輸出4-20ma的電流信號到plc。該壓力反饋信號與壓力給定信號經模糊pid控制程序計算,輸出控制信號給模擬調節(jié)閥。當壓力不足時,減小模擬調節(jié)閥的開度,減少冷媒水回流,從而提高出水壓力;反之則增大模擬調節(jié)閥開度,增加冷媒水回流,降低出口壓力。當冷凍機停止運行即冷媒水溫度達到設定溫度時,控制系統(tǒng)自動控制冷媒水泵切換到變流量恒壓。此時模擬調節(jié)閥關閉,壓力反饋信號與壓力給定信號經plc內部另一路模糊pid控制程序計算,輸出一個轉速控制信號給變頻器。當壓力不足時,變頻器增大輸出頻率,水泵轉速加快,供水量增加,迫使出口壓力上升。反之水泵轉速減慢,供水量減小,出口壓力下降,從而保證冷媒水壓力穩(wěn)定。該系統(tǒng)保持出口壓力穩(wěn)定在0.4mpa,從而保證冷凍機的工作效率。壓力調節(jié)精度為設定值的±5%,即±0.02mpa,并能在0.5-2秒內變化的壓力恢復正常。

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