PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)應用研究.doc

技師評審論文專業(yè)：維修電工PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)應用研究摘 要：本文介紹了PLC結合變頻器在室內(nèi)供暖方面的應用，其完全有別于傳統(tǒng)的繼電器控制，本文介紹的系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，能夠在惡劣環(huán)境下長時間、不間斷的運行及維護方便 ，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接等特點。關鍵詞：PLC 變頻器 室內(nèi)供暖0前言隨著信息時代的高速發(fā)展，環(huán)保、節(jié)水、節(jié)能已不再是區(qū)域性話題。據(jù)國家有關部門統(tǒng)計，交流電動機、泵類負載占全國耗電量的40%，所以量大面廣的泵類機械是我國節(jié)能的重點領域之一。隨著環(huán)保問題的日益深入人心，各大城市正在逐漸將原來的分散供暖方式變?yōu)榧泄┡绞?。由單片機與繼電器等所組成的控制系統(tǒng)壽命短、系統(tǒng)故障率高，勢必被一種能夠把計算機的簡單功能以及靈活、通用性等優(yōu)點集一體的裝置所代替。當前PLC已經(jīng)成為電氣控制系統(tǒng)中應用最為廣泛的核心裝置。1方案選取在室內(nèi)供暖時，為了使暖氣管道中沒有空氣，就必須使管道中的水保持一定的壓力，否則供暖系統(tǒng)不能正常工作。我們選用PLC，配以不同功能的傳感器，根據(jù)管道中的壓力，通過變頻器控制泵組的轉(zhuǎn)速，使管道中的壓力始終保持在合適的范圍，并配上過電流、過電壓、過載、斷水超壓設定的保護裝置。系統(tǒng)中有兩套相同的裝置，實現(xiàn)一供一備。另外，PLC通過擴展的I/O接口實現(xiàn)監(jiān)測、控制和通訊等功能。2控制原理本系統(tǒng)為PLC實時設備監(jiān)控系統(tǒng)。對20臺循環(huán)水泵、16臺定壓補水泵進行PLC的定時起?？刂疲ㄖ鱾浔茫ㄑh(huán)水泵、定壓補水泵）的定時切換、水泵前端的水流信號檢測和報警，水泵過載短路故障報警。上述36臺水泵的電器控制和保護裝置分別安裝在7面柜中，下面詳細敘述第一面柜中的控制功能和初步元件選型。其余各柜功能原理同第一面柜。第一面配電柜控制對象包括兩臺22 kW定壓補水泵和3臺循環(huán)水泵。補水泵工作方式為一用一設定的壓力值比較后進行PID調(diào)節(jié)輸出，驅(qū)動定壓補水泵工作。PLC則根據(jù)時間進行兩臺泵的切換，具體過程為先使變頻器軟停車、接到變頻器停車結束信號后斷開當前工作水泵的接觸器，同時對備用水泵的接觸器進行接通操作，繼而啟動變頻器，完成主備用泵的切換工作。兩臺泵的接觸器進行電器互鎖 。PLC檢測所有接觸器的開關狀態(tài)。因為變頻器具有短路、過載等保護功能，所以當當前變頻器所驅(qū)動的水泵發(fā)生上述故障時變頻器將自動切斷一切供電回路，進入保護狀態(tài)并輸出報警信號。PLC對這些報警信號進行檢測，而后進行備用水泵的投入。本柜中另外包括3臺30 kW循環(huán)水泵，工作方式為兩用一備，由PLC根據(jù)時間進行3臺水泵的輪換工作切換。由于循環(huán)水泵未采用變頻器控制，因此PLC只需要對3臺水泵的接觸器進行按時的斷開接通操作即可。所有循環(huán)水泵的出水口均安裝有水流傳感器，PLC檢測該水流傳感器的輸出信號，以判斷該水泵啟動后是否有水流輸出、并進行工作正常指示或不正常報警指示。兩臺定壓補水泵公用一個水流傳感器，工作原理同上。系統(tǒng)設置手動自動控制轉(zhuǎn)換選擇開關。PLC將對該開關的狀態(tài)實時檢測，當選擇手動功能時，PLC的檢測、故障報警和與電動閥的電源回路聯(lián)鎖。所有水泵的開關和切換、變頻器的啟動停車均由安裝于控制柜面板的手動按鈕控制。當選擇自動狀態(tài)時所有控制、報警交由PLC完成。系統(tǒng)的總體示意圖如圖31所示。3系統(tǒng)硬件3.1系統(tǒng)結構框圖PLC不僅要控制循環(huán)水泵的起停，還要間接控制定壓補水泵的起停工作和報警輸出。下面就一個換熱站的結構進行說明，其它幾個換熱站的結構基本類同。假設P1、P2、P3為3臺循環(huán)水泵，P4、P5為2臺定壓補水泵，P6為PLC的報警輸出，則換熱站各硬件的連接如圖41所示。3.2各硬件的工作說明除各傳感器外，其它各硬件均安裝在一個配電柜中。3.2.1變頻器每面柜定壓泵都由變頻器直接控制，變頻器裝在控制柜內(nèi)，兩臺定壓水泵公用一臺變頻器，兩泵電器互鎖。變頻器的起?？刂品譃槭謩雍蚉LC控制。變頻器輸入有一路壓力傳感器信號（反饋量），一路電位器信號（參考量），三路開關量（兩路起停信號和一路復位信號）。有兩路輸出信號(一路故障保護報警信號、低于5Hz運行信號)。變頻器的停車均為軟停車，手動控制時柜面設有兩個停止按鈕，一個為接觸器的分斷按鈕，一個為變頻器的軟停車按鈕。需要注意的是因為變頻器的停車均設為軟停車,所以手動停車時應該先按軟停車按鈕，軟停車結束后再斷開接觸器（這一段時間由實際情況而定）。變頻器的故障復位信號也設有手動和自動兩路輸入。3.2.2補償器每面柜有一套氣候補償器，要求配電N250 W230 VAC，其輸入由外接傳感器輸入，輸出控制電動調(diào)節(jié)閥。氣候補償器為柜面安裝，包括傳感器輸入和控制輸出在內(nèi)共需要27個二次端子。氣候補償器具有報警功能，配電柜上留有報警燈。3.2.3水流開關水流開關用于檢測水泵啟動后管路內(nèi)是否有水流通過，若泵運行為兩用一備則每臺泵前端安裝一個水流傳感器、共計3個?；蛞挥靡粋鋭t兩臺泵共計安裝一個水流傳感器。具體工作過程為：PLC啟動某臺泵后，經(jīng)過一定的延時，PLC將檢測該泵的水流傳感器輸出信號，若該信號指示無水流動則PLC判定該水泵故障，產(chǎn)生故障報警信號、同時將該水泵斷電并將該泵的備用泵投入運行。當管路壓力趨于設定值，變頻器工作頻率很低，此時水泵的轉(zhuǎn)速非常低，水流開關亦有可能發(fā)出無水流信號。這種情況并非故障，PLC將通過檢測變頻器的低頻輸出信號來區(qū)別（低于5 Hz時變頻器輸出一路信號）。3.2.4自動切換正常情況下水泵24小時進行自動切換，運行備用泵。3.2.5手動自動選擇開關每面柜均設有一個手動/自動轉(zhuǎn)換開關，該轉(zhuǎn)換開關為一個三位選擇開關，安裝于二次控制回路中。1位為選擇自動，2位為選擇手動，0位為斷電懸空。選1位時手動按鈕斷電，手動/自動指示斷電器吸合，PLC檢測該繼電器狀態(tài)，執(zhí)行自動控制程序，由PLC控制所有水泵的起停和切換、包括變頻器的起停和報警。選擇2位為手動，此時手動/自動指示繼電器斷開，PLC檢測該繼電器的狀態(tài),執(zhí)行手動程序。PLC只進行檢測報警。此時所有柜面控制按鈕由人工通過柜面上的按鈕和開關進行水泵的起停和切換、包括變頻器的起停。需要注意的是在手動狀態(tài)下PLC仍處于工作狀態(tài)。選擇0位為懸空狀態(tài)，此時手動控制部分的柜面按鈕電路被切斷，不能控制設備 。手動自動指示繼電器斷開。則PLC此時檢測到的信號與選擇手動時一樣，則PLC執(zhí)行手動程序。進行故障報警。3.2.6補水電磁閥補水電磁閥每面柜有一個補水電磁閥，要求配電N100 W 220 VAC（7號柜為2個），電磁閥由相應補水箱內(nèi)的浮球開關來控制。補水箱內(nèi)有兩個浮球開關，一個處于高位、一個處于底位。通過二者在不同水位的不同的繼電器接點輸出，通過中間繼電器來控制電磁閥的起停和進行超底水位報警。本套裝置亦設有手動開關電磁閥的按鈕，安裝與柜面。通過一個兩位的選擇開關與浮球控制相切換。選擇手動時亦有超低水位報警功能。4系統(tǒng)軟件系統(tǒng)PLC軟件采用模塊化編程，由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警輸出模塊等組成。4.1手動運行模塊按系統(tǒng)的要求，在系統(tǒng)處于手動運行時，PLC只接收各電路保護信號和各傳感器信號，并由此判斷各工作水泵的運行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報警信號。圖51是此模塊的程序流程圖。4.2自動運行模塊按系統(tǒng)的要求，在系統(tǒng)處于自動運行時，PLC要完成的工作有：接收各電路保護信號；接收各傳感器信號；定時按順序?qū)ぷ魉煤蛡溆盟眠M行切換；在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報警信號。圖52是此模塊的程序流程圖。4.3故障診斷與報警輸出模塊在故障診斷與報警輸出模塊中，程序通過接收到的電路保護信號和傳感器信號，根據(jù)一定的條件得出診斷結果。如果沒有故障，則程序繼續(xù)執(zhí)行；如果有故障，則輸出報警信號，通知工作人員進行處理。具體的故障有：各工作水泵的過電流保護信號是否有