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1、中央空調(diào)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要: 該設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)中央空調(diào)調(diào)節(jié)方式的局限性,選用西門子PLCS7-200 和 MM430 變頻器 , 充分利用恒v/f 變頻技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)中央空調(diào)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,以此來(lái)設(shè)計(jì)了中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)電氣控制線路。文中詳細(xì)地介紹了中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)電氣控制線路的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程。該設(shè)計(jì)主要包括兩部分,即硬件的選擇和軟件的設(shè)計(jì),硬件選擇主要是對(duì)低壓電器控制柜、變頻器、PLC 及擴(kuò)展模塊等的選擇。軟件設(shè)計(jì)主要是為滿足中央空調(diào)控制要求而編寫(xiě)的PLC 程序及對(duì)一些相關(guān)變頻參數(shù)的設(shè)置。在此基礎(chǔ)上借助變頻調(diào)速技術(shù),讓風(fēng)機(jī)在一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速,進(jìn)而使系統(tǒng)由局部送風(fēng)來(lái)滿足織機(jī)的濕度要求,而整個(gè)車間
2、則按照舒適性空調(diào)的要求進(jìn)行全面送風(fēng)。由于對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng),大大降低了起動(dòng)電流,避免了對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊。同時(shí)系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了報(bào)警和保護(hù)功能,使中央空調(diào)在發(fā)生異常時(shí),能夠自動(dòng)報(bào)警和停機(jī)保護(hù)。關(guān)鍵詞:中央空調(diào)、PLC、變頻調(diào)速技術(shù)1 引言隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)于產(chǎn)品的精度要求也不斷提高,生產(chǎn)工藝對(duì)車間內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速、潔凈度等參數(shù)的要求更是越來(lái)越高, 因此對(duì)恒溫恒濕中央空調(diào)的使用要求也就越來(lái)越高。改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,也加速了我國(guó)空調(diào)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,這為各種高精度空調(diào)工程的實(shí)現(xiàn)提供了有力的保證。空氣調(diào)節(jié)應(yīng)用于工業(yè)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程一般稱為工藝性空調(diào),在各行各業(yè)中, 為保證生產(chǎn)
3、的質(zhì)量和精度,對(duì)生產(chǎn)的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和清潔度等參數(shù)提出了不同的要求,其中恒溫恒濕中央空調(diào)是最常見(jiàn)的一種。2 中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想該設(shè)計(jì)以生產(chǎn)車間為設(shè)計(jì)背景,生產(chǎn)車間空氣調(diào)節(jié)的作用大體可分為二個(gè):其一、滿足生產(chǎn)工藝所適合的溫度、濕度條件;其二、保證生產(chǎn)工人擁有一個(gè)良好、健康的工作環(huán)境,這兩點(diǎn)具有同等的重要性。為了保證整個(gè)車間的溫、 濕度控制質(zhì)量,首先需要一個(gè)總控開(kāi)關(guān)按照一定控制要求來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉中央空調(diào)系統(tǒng),利用中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部安裝的傳感器,隨時(shí)檢測(cè)車間和織機(jī)的溫、濕度狀況,而后將信號(hào)送給控制機(jī)構(gòu),控制的對(duì)象就是幾臺(tái)風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之后, 通過(guò)一個(gè)閥門根據(jù)需要來(lái)決
4、定給車間或織機(jī)送風(fēng),也就是使系統(tǒng)由局部送風(fēng)來(lái)滿足織機(jī)的濕度要求,或使整個(gè)車間按照舒適性空調(diào)的要求進(jìn)行全面送風(fēng),同時(shí)根據(jù)需風(fēng)量的大小,利用變頻技術(shù)使局部送風(fēng)在恒壓狀態(tài)下進(jìn)行。在 用風(fēng)量小的情況下,如果一臺(tái)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行超過(guò)一定工作時(shí)間,則按照控制要 求自動(dòng)切換到下一臺(tái)風(fēng)機(jī),即系統(tǒng)具有“風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換功能”,避免因一臺(tái)風(fēng)機(jī)工作 時(shí)間過(guò)長(zhǎng),降低生產(chǎn)效率和影響風(fēng)機(jī)工作壽命。 同時(shí),系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)采用軟啟動(dòng) 來(lái)提高系統(tǒng)性能,在應(yīng)急或檢修時(shí),系統(tǒng)配備手動(dòng)控制功能,最后,為了保證2-1所示系統(tǒng)安全、順利的工作,還需設(shè)置完善的報(bào)警功能電擔(dān)中央空調(diào)全面送:、X基于以上的設(shè)計(jì)思想,中央空調(diào)恒壓送風(fēng)系統(tǒng)原理圖如圖K f 生廣
5、褥 制口器圖2-1中央空調(diào)恒壓送風(fēng)系統(tǒng)原理圖在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用了 1# 2#、3#三臺(tái)風(fēng)機(jī),首先由總控來(lái)控制電磁 閥YV1,根據(jù)需求啟動(dòng)和關(guān)閉中央空調(diào),平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài),也就是 關(guān)閉局部送風(fēng)閥。中央空調(diào)的局部送風(fēng)或全面送風(fēng),由傳感器將檢測(cè)到的信號(hào) (采用人工模擬實(shí)現(xiàn))直接送給控制機(jī)構(gòu),來(lái)選擇正確的送風(fēng)方式。局部送風(fēng) 和全面送風(fēng)共用1#、2#、3#三臺(tái)風(fēng)機(jī),一般情況下,三臺(tái)風(fēng)機(jī)根據(jù)全面送風(fēng) 的需求多少,利用變頻器按一定的控制邏輯運(yùn)行, 使全面送風(fēng)在恒壓狀態(tài)下進(jìn) 行。此時(shí)處在運(yùn)行中的織機(jī),當(dāng)傳感器檢測(cè)到其濕度不足時(shí),電磁閥YV2得電, 此時(shí)關(guān)閉全面送風(fēng)閥,打開(kāi)局部送風(fēng)閥,1#、2#、
6、3#風(fēng)機(jī)開(kāi)始提供局部送風(fēng), 以此來(lái)滿足織機(jī)的濕度需求,并根據(jù)需風(fēng)量的大小,利用變頻器使局部送風(fēng)也 在恒壓狀態(tài)下進(jìn)行。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作,織機(jī)濕度合適后,三臺(tái)風(fēng)機(jī)再 次轉(zhuǎn)換為全面送風(fēng)使用。2.2 系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)與選擇長(zhǎng)時(shí)間以來(lái),自動(dòng)控制系統(tǒng)存在著多種控制方式,比如繼電接觸器控制方 式、邏輯電子電路控制方式、單片機(jī)控制方式、可編程序控制器 (PLC)控制方 式等四種主要的控制方式。其特點(diǎn)分別如下:(1)繼電接觸器控制的特點(diǎn)該控制電路硬件接線多,體積大,連線復(fù)雜,修改困難。觸點(diǎn)開(kāi)、閉速度 為幾十毫秒,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制執(zhí)行速度要求高的場(chǎng)合,而且容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)。 時(shí)間繼電器在限時(shí)控制方面,精度不
7、高,易受環(huán)境影響。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、調(diào) 試周期長(zhǎng),可靠性與可維護(hù)性差,壽命短。因價(jià)格低廉,該系統(tǒng)可用于要求不 高的控制場(chǎng)合。( 2)邏輯電子電路控制的特點(diǎn)該控制電路往往采用一臺(tái)電機(jī)固定于變頻狀態(tài),其余電機(jī)均為工頻狀態(tài)的方式,難以實(shí)現(xiàn)電機(jī)機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié),控制精度較低,工頻啟動(dòng)時(shí)有沖擊,抗干擾能力較弱。( 3)單片機(jī)控制的特點(diǎn)盡管單片機(jī)控制優(yōu)于邏輯控制,但在對(duì)不同管網(wǎng)調(diào)試麻煩,擴(kuò)展功能時(shí)往往要對(duì)主電路進(jìn)行修改,不夠靈活方便。( 4)可編程序控制器控制的特點(diǎn)PLC (Programmable Logic Controller) 是一種面向生產(chǎn)過(guò)程控制的數(shù)字電子裝置,它使用了可編程序的存
8、貯器以存貯指令,用以執(zhí)行諸如邏輯、順序、定時(shí)、 計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能,并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。這種控制電路跟蹤快、控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、擴(kuò)展功能靈活方便,可實(shí)現(xiàn)恒壓(或變壓)全流量變頻調(diào)節(jié),具有穩(wěn)定性好、高效節(jié)能、調(diào)試方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。鑒于以上四種方案的特點(diǎn)比較,故該設(shè)計(jì)采用可編程序控制器控制方式。在硬件設(shè)計(jì)上,只需確定PLC 的硬件配置和I/O 的外部接線,不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。當(dāng)控制要求改變,需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí),只要改變存貯器中的控制程序即可。PLC 的輸入、輸出可直接與交流220V、直流24V等強(qiáng)電相連,并有較強(qiáng)的帶
9、載能力,PLC抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。在PLC 的電源電路和I/O 接口中,還設(shè)置了多種濾波電路,以抑制高頻干擾信號(hào)。軟件上,PLC 設(shè)置了故障檢測(cè)及自診斷程序,用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)硬件是否正常,程序是否正確,便于自動(dòng)地做出相應(yīng)的處理,如報(bào)警、封鎖輸出、保護(hù)數(shù)據(jù)等。通過(guò)計(jì)算機(jī)或編程器可以方便的對(duì)PLC 控制程序進(jìn)行寫(xiě)入、讀出、檢測(cè)、修改等;還可對(duì)PLC 的工作進(jìn)行監(jiān)控,使PLC的操作及維護(hù)變得容易。PLC 還具有很強(qiáng)的自診斷能力,能隨時(shí)檢查出自身的故障,并顯示給操作人員,使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線,實(shí)現(xiàn)控制,使得工作量大為減少,縮短了施工周期。該系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)
10、任務(wù)就是利用恒壓控制單元使一臺(tái)變頻器同時(shí)控制多臺(tái)風(fēng)機(jī), 或者循環(huán)控制多臺(tái)風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)送風(fēng)的恒定和風(fēng)機(jī)的軟起動(dòng),以及風(fēng)機(jī)的工頻與變頻的切換,同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求,結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)所,該設(shè)計(jì)決定采用“ PLC+變頻器+傳感器”的核心控 制模式。該控制方式靈活方便,具有良好的通信接口,可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,而且由于PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化,所以可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。同時(shí)由于 PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高,因此 該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓送風(fēng)場(chǎng)合,并且與送風(fēng)機(jī)組的容量大小無(wú) 關(guān)。該控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、 便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)
11、點(diǎn),又能達(dá)到系統(tǒng) 穩(wěn)定性及控制精度的要求。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)硬件設(shè)計(jì)要進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì),首先要正確選取硬件的組成部分, 硬件選擇主要是對(duì) 變頻器、風(fēng)機(jī)機(jī)組、傳感器、控制柜及操作臺(tái)、PLC及擴(kuò)展模塊的選擇。由于該系統(tǒng)應(yīng)用了 PLC,這里需要對(duì)控制系統(tǒng)的I/O及地址分配做一定的工作, 除此之外,系統(tǒng)還對(duì)主電路、控制電路及變頻調(diào)速電路作了具體的設(shè)計(jì)。(2)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件是根據(jù)指令系統(tǒng)及系統(tǒng)功能的要求進(jìn)行的,因此,選擇的指令系統(tǒng),其功能好壞對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)影響很大。 該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),主要是為配 合硬件控制要求編寫(xiě)的PLC程序及一些相關(guān)變頻參數(shù)的設(shè)置。當(dāng)接下來(lái)調(diào)試 系統(tǒng)時(shí),也主要是對(duì)系統(tǒng)中的
12、PLC程序及變頻器關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行一番調(diào)試。為了直觀的體現(xiàn)該系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),和進(jìn)一步檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性,系統(tǒng)借 助自動(dòng)化系MM430變頻器實(shí)驗(yàn)室已有的控制設(shè)備,從實(shí)際應(yīng)用的角度,在正 確連接控制線路的基礎(chǔ)上,通過(guò) PLC編程和MM430參數(shù)設(shè)置,簡(jiǎn)單的模擬 了一下該系統(tǒng)基本的主要控制功能。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)組成及各部分的分析選擇3.1.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)所需的主要硬件有:軟啟動(dòng)器、變頻器、風(fēng)機(jī)機(jī)組、傳感器、PLC及 擴(kuò)展模塊、控制柜及操作臺(tái)等。其組成框圖如圖3-1所示。(1) PLCPLC是整個(gè)變頻恒壓送風(fēng)控制系統(tǒng)的核心,它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入 信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及
13、對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。西門子S7-200 PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由 豐富的CPU模塊和擴(kuò)展模塊組成,它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。S7-200 除具有 PLC 基本的控制功能外,更在以下方面有獨(dú)到之處: 功能強(qiáng)大的指令集。豐富而強(qiáng)大的通訊功能。編程軟件的易用性。CPU 226 , 24 點(diǎn)輸入, 16 點(diǎn)輸出, DC24V, 集成了以下豐富的內(nèi)置功能:高速記速器輸入短暫脈沖捕捉功能高速脈沖輸出 I/O 硬件中斷事件 PID控制,PID自整定功能支持多種工藝配方 數(shù)據(jù)記錄(歸檔)。選擇 PLC 時(shí),考慮到了西門子PLC S7-200 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、 內(nèi)存
14、空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件方便等多方面因素。所以,系統(tǒng)選用了西門子PLC S7-200 作為中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的程序控制平臺(tái)。( 2)變頻器和風(fēng)機(jī)機(jī)組變頻器和風(fēng)機(jī)機(jī)組作為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),完成系統(tǒng)對(duì)外的送風(fēng)量輸送。風(fēng)機(jī)是輸出環(huán)節(jié),變頻器是對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元,變頻器根據(jù)傳感器送來(lái)的控制信號(hào)改變風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率,從而完成對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。MM430為水泵和風(fēng)機(jī)的專用型變頻器,功率為7.5kw250kw,三相交流電源(380v480v),內(nèi)置PID控制器,具有6個(gè)數(shù)字輸入,2個(gè)模擬輸入, 1 個(gè)用于電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)的PTC/KTV 輸入; 2 個(gè)模擬輸出,3 個(gè)繼電器輸出,是 S
15、7-200 自動(dòng)化系統(tǒng)的理想配套設(shè)備;從7.5kw 至 250kw 的變頻器都具有統(tǒng)一的控制方法和I/O 界面。MM430 調(diào)速系統(tǒng)的電機(jī)使用了專用于變頻調(diào)速的進(jìn)口西門子三相異步電動(dòng)機(jī), 250kW , 4 極 380V 進(jìn)線。( 3)傳感器傳感器直接對(duì)系統(tǒng)中的各種信號(hào)進(jìn)行采集,得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案,通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即風(fēng)機(jī))進(jìn)行控制。該設(shè)計(jì)主要是將織機(jī)濕度信號(hào)變成模擬量信號(hào)。在運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)有可能開(kāi)啟所有的風(fēng)機(jī),而此時(shí)的用風(fēng)量又達(dá)不到,出現(xiàn)這樣的情況時(shí),關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)并進(jìn)行報(bào)警。( 4)軟啟動(dòng)器當(dāng)系統(tǒng)采用手動(dòng)或變頻固定方式運(yùn)行時(shí),如果電機(jī)的功率較大,不
16、允許直接啟動(dòng)時(shí),需采用軟啟動(dòng)器進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)。在選擇軟啟動(dòng)器時(shí),注意了與電機(jī)的額定功率、額定電流相匹配。當(dāng)系統(tǒng)的自動(dòng)部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),而此時(shí)的送風(fēng)又不能中斷,因此手動(dòng)啟動(dòng)是系統(tǒng)不可缺少的組成部分。( 5)控制柜及操作臺(tái)控制柜內(nèi)裝有空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、快速熔斷器、三相進(jìn)線電抗器、MM430 變頻器、出線電抗器、S7 200PLC 等主器件,柜門裝有指示燈、顯示儀表等。操作臺(tái)上需裝有各種指示燈、按鈕、電壓表,電流表,頻率顯示儀5表等,便于觀察和記錄。計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝MM430變頻器調(diào)試軟件和S7200PLC 編程軟件。(6)報(bào)警裝置作為一個(gè)控制系統(tǒng),報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于該系統(tǒng)能適用 于不同
17、的送風(fēng)領(lǐng)域,所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行,防止因電機(jī) 過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)等故障,因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行 監(jiān)測(cè),由PLC判斷報(bào)警類別,進(jìn)行顯示和保護(hù)控制,以免造成不必要的損失。以上就是對(duì)系統(tǒng)所需設(shè)備的簡(jiǎn)單分析及選擇,這項(xiàng)工作正確合理與否關(guān)系 著整個(gè)系統(tǒng)的工作性能和狀態(tài)。3.2 系統(tǒng)電氣控制原理圖3.2.1 系統(tǒng)主電路圖圖3-2所示為電氣控制系統(tǒng)主電路圖。三臺(tái)風(fēng)機(jī)分別為 M1、M2、M3。 接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行;接觸器KM2、 KM4、KM6分另U控制 M1、M2、M3的變頻運(yùn)行;FR1、FR2、FR3分另U為三 臺(tái)風(fēng)機(jī)過(guò)載保
18、護(hù)用的熱繼電器; QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三 臺(tái)風(fēng)機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān);FU1為主電路的熔斷器,VVVF為西門子MM430 變頻器。在QS1、QS2、QS3、QS4隔離開(kāi)關(guān)閉合的情況下,若 KM1得電吸合, 風(fēng)機(jī)M1起動(dòng),執(zhí)行全面送風(fēng),當(dāng)需局部送風(fēng),變頻運(yùn)行時(shí), KM2得電閉合, 同時(shí)斷開(kāi)KM1 ,風(fēng)機(jī)M1執(zhí)行變頻調(diào)速的局部送風(fēng)。同理,風(fēng)機(jī) M2、M3在 系統(tǒng)需要時(shí),按照要求起停。國(guó)3-2系統(tǒng)主電路囪3.2.2 系統(tǒng)控制電路圖圖3-3所示為電氣控制系統(tǒng)控制電路。圖中 SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān), SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài);打在 2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行 時(shí),可用按
19、鈕SB1SB8控制三臺(tái)風(fēng)機(jī)的啟/停和電磁閥YV2的通/斷;自動(dòng) 運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。圖3-3的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈,Q1.0-Q1.7為PLC的輸出 繼電器,旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)。圖3-3系統(tǒng)控制電路圖3.3 PLC外圍接線圖選用主機(jī)為CPU226 (24入/16繼電器輸出)一臺(tái),由于系統(tǒng)需要4個(gè)輸 入端口,12個(gè)輸出端口,但所選設(shè)備西門子 PLC與MM430之間本身占用了16個(gè)輸入端口,7個(gè)輸出口,因此這里加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊 EM222(8繼電器輸 出),再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊 EM235 (4AI/AO ),整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖3-4 所示。PLC外
20、圍接線圖,如圖3-5所示。當(dāng)織機(jī)濕度不足時(shí),傳感器信號(hào) SA1 被觸動(dòng),I1.0為1。圖3-4 PLC系統(tǒng)組成72 lh I ft 2022澳擬屯田信號(hào)24DC一 hi 9 r-電廣一 十 二二三T F F F zooo22OAC肥,.C PU226卜65TT人至我器歸.率信號(hào)輸入描圖3-5 PLC外圍接線圖3.4控制系統(tǒng)的I/O地址分配控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如表3-1和表3-2所示表3-1輸入/輸出信號(hào)的代碼及地址編號(hào)名稱代碼地址編碼變頻器合閘指令SB1I0.0變頻器分閘指令SB2I0.1變頻器啟動(dòng)指令SB3I0.2變頻器停止指令SB4I0.3急停SI0.4合閘反饋K
21、MI0.5正反轉(zhuǎn)指令SA1I0.6故障SA2I0.7變頻器合閘KA1Q0.0變頻器運(yùn)行KA2Q0.1柜合閘指7KHG1Q0.2臺(tái)合閘HG2Q0.3正反轉(zhuǎn)KA3Q0.4柜故障指7KHY1Q0.5臺(tái)故障HY2Q0.63.5系統(tǒng)外圍接線圖” 一. 一二 0 = 7 1 161X1023I中。山工訪1一 =_* 工產(chǎn)口MWU3O£且內(nèi)*.溜m醫(yī)S6 察緒A國(guó)槨矍醫(yī)表3-2輸入隔出信號(hào)的代碼及地址編號(hào)(續(xù)表)名稱代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)局部送風(fēng)傳感器信號(hào)SA3I1.0變頻器報(bào)警信號(hào)SuI1.1消鈴按鈕SB9I1.2試燈按鈕SB10I1.3模擬量電壓值UpAIW0輸出信號(hào)1#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)接觸器及指示燈
22、KM1,HL1Q1.01#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)接觸器及指示燈KM2,HL2Q1.12#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)接觸器及旨示燈KM3,HL3Q1.22#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)接觸器及旨示燈KM4,HL4Q1.33#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)接觸器及指示燈KM5,HL5Q1.43#風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)接觸器及指示燈KM6,HL6Q1.5局部/全面送風(fēng)轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.6局部送風(fēng)報(bào)警指示燈HL9Q1.7報(bào)警電鈴HAQ0.7控制變頻器頻率電壓信號(hào)VfAQW0如圖 3-6 所示, 控制系統(tǒng)使S7-200 PLC 控制 MM430 變頻器,由變頻器直接控制 M1 、 M2、 M3 三臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試應(yīng)用軟件是根據(jù)指令系統(tǒng)及系統(tǒng)功能的要求進(jìn)行的
23、。鑒于該設(shè)計(jì)的控制方案,系統(tǒng)適時(shí)的選用了西門子S7-200PLC 及 MM430 變頻器,配合硬件共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各方面工作要求。西門子 S7-200PLC 的編程語(yǔ)言是STEP 7-micro/win32 , 它是用于S7-200系列 PLC 進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟件,該軟件可以運(yùn)行于通用微機(jī)中,在WINDOWS 環(huán)境下進(jìn)行語(yǔ)言編程。將它通過(guò)計(jì)算機(jī)的串口和一根PC/MPI 轉(zhuǎn)接 電 纜 與 PLC 的 MPI 口 相 連 , 即 可 進(jìn) 行 相 互 間 的 通 信 。 通 過(guò) STEP-7micro/win32 編程軟件,不僅可以非常方便的使用梯形圖和語(yǔ)句表等形式進(jìn)行離線編程,經(jīng)過(guò)編譯后通過(guò)轉(zhuǎn)
24、接電纜直接下載入PLC 的內(nèi)存中執(zhí)行,而且在調(diào)試運(yùn)行時(shí),還可以在線監(jiān)視程序中的各個(gè)輸入輸出或狀態(tài)點(diǎn)的通斷狀況,甚至進(jìn)行在線修改程序中的變量,給調(diào)試工作也帶來(lái)極大的方便。STEP7-micro/win32 軟件的一個(gè)特點(diǎn)是調(diào)試功能很強(qiáng)大,不僅能在線讀取數(shù)據(jù), 而且能在線修改過(guò)程數(shù)據(jù),對(duì)于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。STEP7-micro/win32 軟件還附帶一些控制程序模塊,如PID 調(diào)節(jié)模塊,這些模塊可以從主控制程序中直接調(diào)用,以便實(shí)現(xiàn)不同的功能。STEP 7-micro/win32 軟件工具包采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法,它采用文件塊的形式管理用戶編寫(xiě)的程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。該工具軟件包
25、為S7-200 CPU 與其它系統(tǒng)部件(如觸摸屏、變頻器)的使用提供了便利。4.1 系統(tǒng)工作過(guò)程分析正常情況下,中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)機(jī)組按照程序要求工頻運(yùn)行,給車間全面送風(fēng),若傳感器檢測(cè)到織機(jī)濕度不足時(shí),啟動(dòng)報(bào)警指示,關(guān)閉全面送風(fēng),開(kāi)啟局部送風(fēng),此時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)變頻運(yùn)行方式,首先使1#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,在1#風(fēng)機(jī)工作過(guò)程中,變頻器根據(jù)送風(fēng)信號(hào)的變化通過(guò)PID調(diào)節(jié)器調(diào)整1#風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制風(fēng)量。 若用風(fēng)量繼續(xù)增加,變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí),仍達(dá)不到設(shè)定要求, 那么同時(shí)起動(dòng)2#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,若還達(dá)不到設(shè)定要求,那么也同時(shí)起動(dòng)3#風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,這樣三臺(tái)風(fēng)機(jī)共同變頻送風(fēng),直至滿足織機(jī)濕度要求,報(bào)警指示消失,同時(shí)
26、系統(tǒng)再次起動(dòng)全面送風(fēng),工頻運(yùn)行,循環(huán)工作。當(dāng)用風(fēng)量較小的時(shí)候,系統(tǒng)按照“先起先?!痹瓌t逐臺(tái)關(guān)閉處于工頻或變頻運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。4.2 PLC 程序設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的程序是建立中央空調(diào)恒壓送風(fēng)方案基礎(chǔ)上的,是按照PLC 應(yīng)用的步驟開(kāi)發(fā)完成的。程序控制的目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)送風(fēng)系統(tǒng)的恒壓運(yùn)行,為此必須控制變頻器的頻率以及三臺(tái)風(fēng)機(jī)的順序投入與切除,以此保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。該程序共分為三部分:主程序、 子程序以及中斷程序。把邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在主程序,系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成,這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
27、的重要內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID 控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。全面送風(fēng)時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%,局部送風(fēng)時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%,在該系統(tǒng)中,只是用比例(P)和積分(I)控制,其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過(guò)計(jì)算初步確定,但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下:( 1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。( 2) 僅加入比例控制環(huán)節(jié),直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩,記下此時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到 PID控制器的參數(shù)。常規(guī) PID 參數(shù)整定的理論方法要有對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,但
28、這對(duì)大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)是難以做到的。因此通常的做法,可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)整定PID 參數(shù)。該系統(tǒng)的PID 參數(shù)整定采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法,是人們?cè)陂L(zhǎng)期的工程實(shí)踐中,從各種控制規(guī)律對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響的定性分析中,總結(jié)出來(lái)的一種行之有效,并且得到廣泛應(yīng)用的工程整定方法。在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中,將調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)按先比例、后積分、最后微分的程序置于某些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值后,把系統(tǒng)閉合起來(lái),然后再作給定值擾動(dòng),觀察系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線。若曲線不夠理想,則改變調(diào)節(jié)器的S、Ti和Td值,進(jìn)行反復(fù)湊試,以尋求“最佳”的整定參數(shù),直到控制質(zhì)量符合要求為止,從而確定 PID 的參數(shù)。在具體整定時(shí),令PID調(diào)節(jié)器的Td
29、=0, Ti=s,使其成為純比例調(diào)節(jié)器。比例度S按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置,如表4-1 (常用過(guò)程控制系統(tǒng)控制器的參數(shù)經(jīng)驗(yàn)范圍) 。整定純比例控制系統(tǒng)的比例度,使系統(tǒng)達(dá)到4:1 衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程曲線,然后,再加積分作用。在加積分作用之前,應(yīng)將比例度加大為原來(lái)的1.2倍。 將積分時(shí)間由大到小進(jìn)行調(diào)整,直到系統(tǒng)得到4:1 衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程曲線為止。該系統(tǒng)初步確定的增益和時(shí)間常數(shù)為:增益 Kc=0.25;采樣時(shí)間Ts=0.2s;積分時(shí)間Ti=30min.表4-1常用過(guò)程控制系統(tǒng)控制器的參數(shù)經(jīng)驗(yàn)范圍調(diào)節(jié)器 參數(shù)、 控制系統(tǒng)、5Ti/minTd/min風(fēng)量20%80%壓力30%70%0.4 3流量40% 100
30、%031程序中使用的PLC元器件及其功能如表42所列表42程序中使用的元器件及功能器件 地址功能器件 地址功能VD100過(guò)程變量標(biāo)準(zhǔn)化值T37工頻增加風(fēng)機(jī)濾波時(shí)間控制VD108PI計(jì)算值T38工頻減少風(fēng)機(jī)濾波時(shí)間控制VD112比例系數(shù)T39工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD116采樣時(shí)間M0.0故障結(jié)束脈沖信號(hào)VD120積分時(shí)間M0.1風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)脈沖VD124微分時(shí)間M0.3轉(zhuǎn)換風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)脈沖VD204變頻器運(yùn)行頻率卜.限值M0.4.復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行風(fēng)機(jī)脈沖VD208全面送風(fēng)變頻器運(yùn)行頻率上限值M0.5當(dāng)前風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖VD212局部送風(fēng)變頻器運(yùn)行頻率上限值M0.6新風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)脈沖VD25
31、0PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元M2.0風(fēng)機(jī)工頻/變頻轉(zhuǎn)化邏輯控制VD300變頻工作風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)號(hào)M2.1風(fēng)機(jī)工頻/變頻轉(zhuǎn)化邏輯控制VD301工頻運(yùn)行風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)總臺(tái)數(shù)M2.2風(fēng)機(jī)工頻/變頻轉(zhuǎn)化邏輯控制VD310轉(zhuǎn)換風(fēng)機(jī)時(shí)間存儲(chǔ)器M3.0故障信號(hào)匯總T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.1變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.2織機(jī)濕度不足消鈴邏輯4.2.1系統(tǒng)運(yùn)行主程序11系統(tǒng)運(yùn)行主程序首先要使擴(kuò)展模塊(通訊模塊、A/D模塊等)、變頻器等設(shè) 備與PLC的數(shù)據(jù)傳輸正常。同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中要及時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè),以 防止設(shè)備損壞和意外發(fā)生;當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),要及時(shí)進(jìn)行報(bào)警輸出,方便維修人 員維修,有利于系
32、統(tǒng)恢復(fù)正常工作。無(wú)故障情況下,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)后,進(jìn)行恒 壓控制。其參考程序梯形圖如圖 4-1所示。網(wǎng)絡(luò)i第倬LM力I IC )tO.OKUMIUIQP.G網(wǎng)書(shū)4變證招心仙ro.2MrtftQfl. I網(wǎng)由斗臺(tái)閘以慣VD20SW.5QIK2- CDQ0.3CJm.杼qd.4- IC )河空故障艮制KL510.7Q05- I II11C)C3網(wǎng)絡(luò)7曰乜網(wǎng)始化,為%'始化寸程序>>HU lEN網(wǎng)格8時(shí)就;京而送鳳給定加口 71.1IL0MOV R FNENGINOUTr.|1-VDIIWMOV RFN - EXJflN口 LFT-VDIM網(wǎng)絡(luò)9上電和被3華束用用4機(jī)LI存儲(chǔ)襦SMO
33、JNC_B. IFN FNOrnnVH制H)-rNOUT -V(i3(X)M洛變頻器賴率上限時(shí)增加風(fēng)機(jī)沌洗22產(chǎn)生卜臺(tái)風(fēng)機(jī)受預(yù)運(yùn)行后動(dòng)信號(hào)M0.6C )M2.2(1pM2.0COM絡(luò)23年位r作的隗機(jī)”以 VB300l>f IMOV_B EN ENOOUT-VB301IM給24 個(gè)變城風(fēng)機(jī)運(yùn)行的持續(xù)時(shí)再判斷VB30ISM0.4vuniiHVD3I0M絡(luò)25 3h時(shí)間啊,叼產(chǎn)生下一臺(tái)風(fēng)機(jī)的變坂啟助信號(hào)vm ioM03C )MOVJ)WEN ENOOUT-VD3I0司*26有丁械風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí).復(fù)位VD3I0 VB30I0I MOV_DWKN - ENOU-1NOl T7D"Q可絡(luò)27
34、 I號(hào)采受箱運(yùn)行控制邏輯SM0.1VB300|=BM3.04/卜M4.0VI-QI.OMM0.0M0.6d HQ1.IM舟2X 2號(hào)東企鈍運(yùn)打控融理軌M0.6網(wǎng)絡(luò)29 ?號(hào)東變W運(yùn)行控劄邏箱VIB(X)I二 EM3.0M0444QI.2MQI.3()M3.0M0.6VB30UM絡(luò)W 1號(hào)案,蚓運(yùn)行控制顯發(fā)VB301M0.5VB3(X)MO 44/卜QI.4QI5 :)1 HK=«QI.OVBWOT H1=»0vnwiQI IVIM. Il c 1M3. I圖4-1系統(tǒng)主程序4.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行子程序系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序程序中完成,這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。其梯形圖
35、如圖4-2所示。> VIJ Vk,|RN!< >1ZOUT匹,口 V 10 pz = zi£bfr< j11SJOU 1.1 N;N 呻 CM).Vrj?:4llHMOV F.zEfO1Zt >1. IT>J1 J:KKCItl -VVT>Z134J.33 一21*,7 IY EM-Z-fl NSLTH =v r»i 12ntCv it|¥M-gOl TITJH-VO B C 電-J八" R.TVhJ啊 ZCgcalJir1m ”一1- Y1,l 2"宿 icw二r,ARM- nzcZOUTJ0 41
36、*1vm 工 wMC»r R.EZ口 ZCJZOUT200 1m nil rUJNRZ1*1zF.VMTUiwr_o-UJ T14.2.3 系統(tǒng)運(yùn)行中斷程序利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制,全面送風(fēng)時(shí) 系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%,局部送風(fēng)時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90%。其梯 形圖如圖4-3所示。 17制 1 產(chǎn)”小如I +心T山中SMQ (JK LJH 晅/ENOINOUTEN舊ZCINOUT1Hf e.111IAIWO ACl> 一111一八CD4ENCINI 1N2CL i.1AC 1 32OULLU1ACaMOV K liiM- UNOINOt J
37、Ir|ACXI VC 14MI>產(chǎn)m 34RR 11rmi.1 4M1PJvmiio =II 一"IM< >V R 卜六21,INOl PT-1一人sVil 1 (IM 'll1 I/HNKM<1INIIN 2OUT-1VD 1 U8 一32000.0 q*1一人匚0圖4-3系統(tǒng)中斷程序4.3 MM430參數(shù)設(shè)置常規(guī)中央空調(diào)的風(fēng)機(jī)為恒轉(zhuǎn)速,即基本上以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。該系統(tǒng)為了配 合PLC使風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,采用了 MM430變頻器,MM430為風(fēng)機(jī)專用型變頻 器,通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速可降低電耗,改善設(shè)備運(yùn)行。為使該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)可靠運(yùn) 行,就要對(duì)MM430參數(shù)進(jìn)行精
38、確的設(shè)置。4.3.1 設(shè)置參數(shù)流程系統(tǒng)要對(duì)變頻器進(jìn)行正確的參數(shù)設(shè)計(jì), 首先要編輯變量符號(hào),輸入和編輯 程序,編譯。在完成編程計(jì)算機(jī)與 CPU通訊之后,下載程序,對(duì)此進(jìn)行運(yùn)行 和調(diào)試。然后合閘操作,最后輸入?yún)?shù)。其參數(shù)設(shè)置流程圖如圖4-4所示。4-4 參數(shù)設(shè)置流程圖4.3.2 參數(shù)設(shè)置( 1)恢復(fù)工廠設(shè)置為了把所有參數(shù)復(fù)位到工廠缺省設(shè)置值,對(duì)下列參數(shù)進(jìn)行以下設(shè)定:設(shè)定 P0010 = 30 ; P0970 = 1 。( 2)快速調(diào)試用戶的參數(shù)訪問(wèn)級(jí)一般采用標(biāo)準(zhǔn)級(jí),故設(shè)P0003=3 ,要快速調(diào)試,P0010=1 。為了使變頻器的參數(shù)設(shè)置與所用電機(jī)相吻合,根據(jù)風(fēng)機(jī)額定電壓380V,額定電流15.0
39、0A,額定功率250KW,電機(jī)額定頻率50.00HZ ,電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 1450r/min ,故設(shè):P0304=380V , P0305=15A , P0307=7.5 ,P0310=50HZ , P0311=1450 。電流、電壓、頻率、功率都參照了電機(jī)上的名牌上額定數(shù)據(jù),有效的提高了系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性。( 3)運(yùn)行指令選擇命令源端子,即終端數(shù)字輸入,設(shè)P700=2 。當(dāng)從 P0700 = 1 變成P0700 = 2 時(shí),使所有的數(shù)字量輸入設(shè)定成缺省設(shè)置。( 4)正反轉(zhuǎn)指令風(fēng)機(jī)正向運(yùn)行使P701=2 ,反向運(yùn)行使P702=12。( 5)故障輸出傳動(dòng)裝置故障激活時(shí),使P732=52.3 。
40、其詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置如下:( 1)恢復(fù)工廠設(shè)置P0010=30/ 調(diào)試用的參數(shù)P0970=1/ 復(fù)位為工廠設(shè)置值( 2)快速調(diào)試P0003=3 / 用戶的參數(shù)訪問(wèn)級(jí)(標(biāo)準(zhǔn)級(jí) )P0010=1/ 快速調(diào)試P0304=380V/ 電機(jī)額定電壓380VP0305=15A / 電機(jī)額定電流15.00AP0307=250/ 電機(jī)額定功率250KWP0310=50HZ/ 電機(jī)額定頻率50.00HZP0311=1450/ 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1450r/minP3900=2 /“快速調(diào)試”結(jié)束,進(jìn)行電動(dòng)機(jī)計(jì)算和 I/O 復(fù)位( 3)運(yùn)行指令P700=2 /選擇命令源端子(終端數(shù)字輸入)P701=2 ON/OFF1/數(shù)字
41、輸入1的功能(正向運(yùn)行)( 4)正反轉(zhuǎn)指令P702=12 / 數(shù)字輸入2的功能(反向運(yùn)行)P1110=0 / 禁止負(fù)向的頻率給定值( 5)故障輸出P732=52.3/ 數(shù)字輸出2 的功能(故障輸出)( 6)模擬量輸入P756=0 /ADC 的類型P757=0 /ADC1 輸入特性定標(biāo)的值x1V/mAP758=0 /ADC1 輸入特性定標(biāo)的值y1P759=10 /ADC輸入特性定標(biāo)的值x2V/mAP760=100 /ADC輸入特性定標(biāo)的值y2P1000=2 /選擇模擬給定值1P1070=755 : 0 /CI :主給定值( 7)模擬量輸出 電流輸出P776.0=0 /DAC 類型P777.0=0 /DAC輸入特性定標(biāo)的值x1P778.0=0 /DAC輸入特性定標(biāo)的值y1P779.0=100/DAC輸入特性定標(biāo)的值x2P780.0=15 /DAC輸入特性定標(biāo)的值y2P2002=15 A /基準(zhǔn)電流 轉(zhuǎn)速輸出P776.1=0
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