一拖二恒压供水控制系统中的PLC与变频器(共11页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上一拖二恒压供水控制系统中的PLC与变频器1  引言    变频调速技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何调速方法更加优越的新技术，因其具有节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点而受到越来越多的企业的青睐，被应用到工业生产控制过程中的任何场合，显著的节能效果给众多的企业带来了巨大的经济效益。特别是近几年来随着IGBT功率元件和DSP微处理系统在变频器中的应用，变频器本身已非常成熟，使得变频调速技术的优越性更加突出，传动效率越来越高，使用越来越方便，可靠性也得到了进一步的提高。    现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器(PLC)由于具有以下特点而深受工厂工程技术人员的欢迎。(1) 可靠性高，抗干扰能力强    其平均无故障时间大大超过IEC规定的10万小时，同时，有些PLC还采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。(2) 适应性强，应用灵活    多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。(3) 编程方便，易于使用    梯形图语言和顺控流程图语言(Sequential Function Chart)使编程简单方便。(4) 控制系统设计、安装、调试方便    设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计，并可在实验室进行模拟调试。(5) 维修方便，工作量小    PLC有完善的自诊断、历史资料存储及监视功能，工作人员可以方便的查出故障原因，迅速处理。(6) 功能完善    除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能块，还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，既方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。    由于具有以上特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有PLC的应用。 2  系统构成及控制方案2.1 系统构成    一拖二(一台变频器控制两台电机)变频恒压供水控制系统由变频器、信号采集及处理系统和控制系统3部分组成。(1) 变频器    此系统对变频器的要求不高，现有国内外各品牌变频器基本都能满足技术要求，在此我们以西门子MM430变频器为例。此变频器经过几番更新换代，质量更加可靠、性能更加稳定，与国外其他品牌相比性能价格比较高。只是此变频器多功能数字输入端子没有对两路模拟输入信号的切换功能，只能通过外部继电器切换。(2) 信号采集及处理系统    该系统主要由传感器及PID调节器等组成，对就地采集的信号进行处理和转换，为控制系统提供一个准确可利用的信号。(3) 控制系统    该控制系统由按钮、继电器、PLC等电子电气元件组成。该系统作为变频调速控制主体，可控制水泵的起停、加减速运转以及泵间的相互切换等。主要电气元件均采用西门子产品。SIMATIC S7-200可编程序控制器是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用;大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，各种单独的模块之间组合以用于扩展;简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活;方便用户和简易的无风扇设计;当控制任务增加时，可以自由扩展;大范围的集成功能使得它的功能非常强劲。多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。考虑其性能和点数，系统选用西门子S7-224继电器输入输出型。 2.2 控制系统方案    为了实现恒压力供水的目的，系统采用闭环控制，同时考虑系统的安全性，附加开环控制，作为备用。开环、闭环之间可以方便的进行转换。压力传感器进行实时检测，并将检测到的管道水压信号经过转换后传送给PID调节器，PID调节器将此信号与给定值进行比较后，经过一系列的运算将输出一个标准的控制信号给本系统的执行器变频器，变频器根据调节器输出信号的变化来改变其输出频率，进而改变水泵电机的转速，以此来控制出水量的大小。由于变频器的输出频率在050Hz范围内连续可调，当用水量较小时，水泵维持低速运行，当用水量增大致使压力降低时，变频器输出频率会一直上升到50Hz时,因此当压力发生变化时，系统会自动调节出口水量，使压力始终在设定值附近波动並最终达到设定值，从而实现了恒压力供水的目的。(1) 系统功能    可以根据需要，设定压力值，系统自动进行循环启动，实现恒压供水，系统的响应速度快，稳定性好;    系统设有手动、自动控制模式:在手动方式下，由工人根据压力表显示的情况，进行手动启动，并且可以设定由工频启动还是变频启动;在自动方式下，完全根据压力设定值进行循环启停泵操作;    可以在线切换手动、自动控制模式:当系统在自动方式下完全启动以后，可以不停机直接切换到手动状态下运行;    每台泵都设有变频/工频两种状态，在自动运行模式下，任一台泵只有处于变频状态，才能由PLC控制进入循环软启序列;    具有显示报警功能,系统设置有各种显示功能，可以显示电压、电流、压力、变频器输出频率、电机转速等参数，同时设置各种保护功能，如过流保护、过压保护、过载保护、欠压保护等。(2) 工作原理    在自动运行模式下，通过人为设定所需的压力，启动系统后，控制系统通过变频器启动一台处于变频状态的水泵电机。当电机达到满速以后，如果检测压力仍达不到设定要求，控制系统会自动地将该泵由变频切换到工频，然后由变频器自动启动另外一台处于变频状态的水泵电机。当检测到的压力值偏高且变频器运转在下限频率时，则第一台工频运行的水泵电机将自动停机;若再需加泵时，控制系统会自动将变频运行的水泵切换至工频运行，然后再变频启动另外一台处于变频状态的备用泵;以此顺序运行，直到出口压力达到设定的要求值。    在手动运行模式下，由人工根据压力表显示的压力情况进行现场手动启动单台泵，并且可以设定是由工频启动还是由变频启动。对于变频运行泵，可以通过手调信号给定电位器来调节水泵电机转速的快慢。    此系统优点是自动调节供水动力范围大，不用经常人工起停水泵，因而自动化程度高，减小了电机长期满负荷运转所造成的磨损，延长了设备的使用寿命。(3) 控制系统原理图    此系统中，PLC作为系统的控制核心，起着至关重要的作用。尤其变频自动加减泵的过程，关系到系统的安全和调节的平滑性，在编程的过程中应该注意。其原理图如图1所示。 图1    PLC控制系统原理图    变频器及控制系统的其它电子电气元件作为本系统的执行机构，作为变频调速控制主体，可控制水泵的起停、加减速运转以及泵间的相互切换等。其原理图如图2所示。  图2     变频器切换控制原理图  3  节能原理    水泵为平方转矩负载，即水泵的负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率和负载转矩与转速的乘积成正比，因此，水泵的轴功率与电机转速的立方成正比。    由此可知，当要求出水量减少时，可使电机转速降低，而电机转速微量减少，将使功率大幅下降，节能效果十分明显。本变频调速系统经过优化设计，精心的设备选型，合理的编程，配合正确的信号给定，使得电机始终处于最佳运行状态，节能挖潜得到了最大的发挥。 4  投资回报及效益分析4.1 直接效益    水泵恒压供水避免了开关阀门造成的节流损失和关闭阀门运行时电机所做的无用功，按每年运行300天阀门平均开度80%计算，22kW电机年节电量可做如下计算:    W22×1-(0.8)3×24×300=7.79万kWh    电费单价按0.40元/kWh计算,全年可节约电费       M=7.79×0.40=3.116万元4.2 间接效益    (1) 水泵进行变频调速改造以后，由于系统采用软启动连续变速运行，减少了对水泵的磨损，大大延长了设备使用寿命和维修周期，减少了维修费用和由此带来的直接经济损失;    (2) 系统采取过流、过压、瞬时断电、短路、欠压、缺相等多种保护，避免了因电机烧损而影响生产所带来的直接和间接经济损失。 5  结束语    用变频调速和PLC来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是:起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应;在锅炉和其他燃烧重油的场合，恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减轻了对环境的污染。本系统经多年应用与完善，性能优越，安全方便，深得用户好评。人活着的意义，就是活得有价值，可惜很多的人把这种价值看得太浅了，认为拥有更多的财富、拥有社会地位、拥有名气就是价值的体现。这种价值是一种虚伪的价值，更经不起时间的考验。因为这个世界不缺少物质，钱也只是我们获取物质的手段罢了。我们真正缺少的是一种精神、一种真理、一种新知与美，因为这些才能贴近我们的情感，贴近人性，才能让我们感动，才能激发我们潜在的感情与能量。与物质有关的东西，最终是会被时间所遗忘的，并会很快地被遗忘。即使被历史留下了，也是因为一种精神而被留下的。这个世界不缺乏物质，更因为很多的人在内心深处，真正想要的并不是金钱利益，而是一种灵魂的归属，可是多数人从来就没有真正地了解过真实的自己，只是把虚假的自己关在了一个笼子里痛苦，把真实的自己放在了笼子外流浪。我们应该更深层次地去发现自己，做个自己想要的那个自己。人活着的意义，就是活得有价值，可惜很多的人把这种价值看得太浅了，认为拥有更多的财富、拥有社会地位、拥有名气就是价值的体现。这种价值是一种虚伪的价值，更经不起时间的考验。因为这个世界不缺少物质，钱也只是我们获取物质的手段罢了。我们真正缺少的是一种精神、一种真理、一种新知与美，因为这些才能贴近我们的情感，贴近人性，才能让我们感动，才能激发我们潜在的感情与能量。与物质有关的东西，最终是会被时间所遗忘的，并会很快地被遗忘。即使被历史留下了，也是因为一种精神而被留下的。这个世界不缺乏物质，更因为很多的人在内心深处，真正想要的并不是金钱利益，而是一种灵魂的归属，可是多数人从来就没有真正地了解过真实的自己，只是把虚假的自己关在了一个笼子里痛苦，把真实的自己放在了笼子外流浪。我们应该更深层次地去发现自己，做个自己想要的那个自己。聪明人很多时候之所以是聪明人，是因为他们通常的情况下把别人当成了傻子，而他们自己做的事情，别人看不懂，也不可能会看懂。所以，他们就成了聪明人。但是，我们每一个人都知道，大千世界里面的人，当然说的是普通人，智力都是差不多的，不是差距很大的。这就是很现实的事情。在这个时候，聪明人把别人看成了傻子，那么换句话说，就是他们本身就是出现了智力的问题；否则的话，他们是不可能会像小丑一样在表演，在演着独角戏，还要自以为别人不可能看懂、或者是无法看懂的独角戏，这就是聪明人的做法。聪明人这种做法是无可厚非的，因为他本身是愿意这么做的。但是，他做了的时候，却会平添了很多的烦恼。因为在与别人的交往过程中，他们所考虑的事情是，怎么从别人的身上占便宜，从别人的的身上获得好处；或者是算计着别人，看到别人出现漏洞，他们可以获得好处；或者是给同样工作的人挖着坑，让别人掉进去，然后他们也可以获得好处。也许就是几分钱的好处，却可以让他们沾沾自喜，可以高兴很长的时间。别人不知道吗？在聪明人眼睛里面是傻子的人，他们也知道。只是他们并不在意很多的小事。因为在他们看来，这些事情是可以忽略不计。几分钱的事情，却要花费着许许多多的精力，去进行算计，这是很不值得的事情，也不行投入这样的精力。所以，很多时候，他们都是没有任何的忧愁，都是会快快乐乐，都是会唱着歌，都是会愉快地过着每一天的。看上去傻傻的，是因为他们不是过多计较个人得失的结果。但是，聪明人就不同了。他们的做法是计较个人的得失，而且是看自己从别人身上获得多少好处。如果没有获得好处，他们就会变得痛苦，变得夜不能寐，变得焦虑，变得失去了自我。怎么才能获得好处？这是他们时时刻刻所要考虑的问题。而他们考虑的结果，在别人看来都会觉得可笑的事情，或者是觉得得不偿失的事情，可是这些聪明人是甘之如饴，因为只是几分钱的事情，在这些人看来并不是几分钱的事情，而是意义重大的事情。说到底，即使是意义无论怎么重大，其实还是几分钱的事情而已。聪明人不知道这个道理？知道，他们更加知道的事情是，如果不能够从别人身上获得好处，就是他们的失败，这是他们的习惯，也是他们的“聪明”之处。很多人对于他们的做法只是嗤之以鼻，可是这些聪明人，却会觉得别人都是傻子，因为这些傻子不知道生活就是从这些的几分钱开始的。4、做事要认真，但不要总较真，无须用自己的不完美，去苛求他人的完美。5、人生就一条路，走一步有一步的景观。上帝不会眷顾谁，你有勇气放弃，才有机会得到。6、人生最怕心累。心累，是在乎的东西太多。7、无论做什么，记得是为自己而做，那就毫无怨言。8、不要逃避眼泪，或许那是一种无法言说的幸福；不要痴迷微笑，可能那是一种难以启齿的伤痛。9、一段往事，就算再精彩，也会渐渐模糊；一个昔人，哪怕再深刻，也会慢慢淡忘。10、小时候的欢乐，是单纯带来的；长大后的痛苦，是复杂给予的。11、你是你人生的作者，何必把剧本写得苦不堪言。12、钥匙开不了不属于它的锁。不要想着勉强打开或者特别用力，不然的话伤人伤己。总会有合适的锁，当你打开，你的世界一下子更加五光十色了。而打不开的，总归是要放掉的。专心-专注-专业