基于PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的改造

玉　波　王　杰

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545006）

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基于PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的改造

玉波王杰

（東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545006）

摘 要：對(duì)基于PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成、原理、功能等進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；恒壓供水；狀態(tài)監(jiān)控

一、項(xiàng)目運(yùn)行概況

本供水系統(tǒng)是為柳東乘用車基地焊裝車間B/D平臺(tái)生產(chǎn)線的焊接管冷卻供水之用。在車間外有一個(gè)大的物質(zhì)循環(huán)風(fēng)冷水池，為該供水系統(tǒng)中提供冷卻循環(huán)用水。水循環(huán)的流程為從交聯(lián)冷卻水管的下端進(jìn)，從接近上端的位置接回水池。水池上方裝有3臺(tái)風(fēng)機(jī)，作為回水管的冷卻之用。

該供水系統(tǒng)原有3臺(tái)110kW三相異步水泵電機(jī)，采用兩用一備的系統(tǒng)控制方式，通過(guò)傳統(tǒng)的繼電器/接觸器來(lái)控制電機(jī)運(yùn)行。由于電機(jī)一直處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致循環(huán)水的壓力不穩(wěn)定，時(shí)高時(shí)低：水壓高時(shí)導(dǎo)致設(shè)備管路爆裂，水壓低時(shí)導(dǎo)致設(shè)備因工作溫度過(guò)高而故障報(bào)警，無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)要求。迫于生產(chǎn)需求，需對(duì)該冷卻循環(huán)供水系統(tǒng)進(jìn)行提升改造。

二、項(xiàng)目改造方案及實(shí)施辦法

該項(xiàng)目主要是針對(duì)焊裝車間水泵站提供恒壓供水方案。為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能PLC變頻器控制系統(tǒng)來(lái)替代傳統(tǒng)手動(dòng)操作的接觸器式控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點(diǎn)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同設(shè)備運(yùn)行的需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)不同工況下冷循環(huán)供水的壓力為0.20～0.25MPa。

1.電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。新增變頻電柜，柜體選用仿威圖品牌。柜內(nèi)安裝兩臺(tái)變頻器及其附件，并將強(qiáng)/弱電分開(kāi)。兩電控柜側(cè)均安裝電柜專用空調(diào)。電控柜底座各側(cè)均留有檢修孔以便線路檢修及線路增改。前側(cè)柜內(nèi)板安裝抽拉式筆記本電腦托架，方便維修人員進(jìn)行PLC數(shù)據(jù)連接與監(jiān)控，上方安裝觸摸屏、按鈕、數(shù)顯表、指示燈、電壓切換開(kāi)關(guān)等。

2.電路圖的繪制。電路圖包括：電氣原理圖、電氣接線圖、電氣安裝布局圖等。采用CAD軟件進(jìn)行繪制，PLC的I/O地址作為接入部件的線號(hào)，方便維修查詢及使用。

3.分布式I/O設(shè)計(jì)。主控PLC采用西門子S7-300系列分布式IO產(chǎn)品，PLC系統(tǒng)采用PROFIDP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，變頻器和觸摸屏等部件的控制通過(guò)PROFIDP網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)行整合。PLC系統(tǒng)配置模擬量輸入、輸出、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、壓力傳感器等模塊。

4.PLC梯形圖設(shè)計(jì)。PLC控制程序采用西門子S7軟件編譯，采用梯形圖設(shè)計(jì)，中文注釋。根據(jù)功能設(shè)置不同的功能程序塊，易讀容易理解，所有安全信號(hào)均采用雙回路安全控制，對(duì)于設(shè)備的操控均設(shè)有安全保護(hù)程序。

表1　主要電氣元件

5.硬件選型。主要電氣元件如表1所示。

6.電控系統(tǒng)安裝、敷設(shè)。主要包含電控柜固定安裝、電控柜與外部傳感器電纜、橋架和線管的鋪設(shè)以及沿傳感器安裝位置管路鋪設(shè)等。

三、電控系統(tǒng)原理及調(diào)試

1.系統(tǒng)由西門子s7-300PLC做編程控制器，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含兩臺(tái)ABB變頻器和1臺(tái)西門子觸摸屏，設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，有故障聲光報(bào)警功能、緊急停止功能、觸摸屏操作、顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)功能。

2. 手動(dòng)控制模式。手動(dòng)模式下兩臺(tái)變頻器可通過(guò)觸摸屏分別實(shí)現(xiàn)低、中、高速啟動(dòng)、停止、緊急停止等功能；手動(dòng)控制用于系統(tǒng)調(diào)試、維修、保養(yǎng)。在手動(dòng)模式下變頻器通過(guò)本地端子控制，外部信號(hào)不經(jīng)過(guò)PLC系統(tǒng)直接控制變頻器，在PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)仍可使用。

3.自動(dòng)模式用于系統(tǒng)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行、停止和緊急停止。自動(dòng)模式變頻器的啟動(dòng)和停止根據(jù)外部壓力傳感器（模擬量）信號(hào)來(lái)自動(dòng)控制啟動(dòng)、停止和頻率的變化，形成閉環(huán)恒壓控制。具體控制過(guò)程為：當(dāng)壓力傳感器壓力低于0.20 MPa時(shí)變頻器1#和2#同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)壓力傳感器壓力達(dá)到0.24 MPa時(shí)2#變頻器停止，當(dāng)壓力傳感器壓力達(dá)到0.27MPa時(shí)1#變頻器停止。低于0.20 MPa（可滿足使用要求的最低壓力）兩臺(tái)水泵同時(shí)啟動(dòng)是為了盡快提高循環(huán)水壓力，以保證可以正常工作；達(dá)到0.25MPa時(shí)2#變頻器停止，當(dāng)壓力達(dá)到0.25MPa 時(shí)循環(huán)水系統(tǒng)壓力已能夠完全滿足正常冷卻要求，為了達(dá)到節(jié)能目的只使用1臺(tái)水泵；達(dá)到0.29MPa（可滿足使用要求的最高壓力）時(shí)系統(tǒng)壓力已達(dá)到最大，兩臺(tái)水泵都停止。

4. 蓄水池自動(dòng)補(bǔ)水。增加DN50補(bǔ)水管道通過(guò)L低水位和H高水位作為補(bǔ)水開(kāi)始和結(jié)束的信號(hào)，信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，在觸摸屏上顯示，PLC通過(guò)連鎖和判斷信號(hào)的準(zhǔn)確性之后來(lái)控制電控閥的開(kāi)啟和閉合，HH 和LL作為水位過(guò)高和過(guò)低信號(hào)，觸發(fā)聲光報(bào)警系統(tǒng)。

5.現(xiàn)場(chǎng)總線通信?？刂葡到y(tǒng)中為使PLC通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與變頻器通信，需在ABB變頻器上加裝現(xiàn)場(chǎng)總線適配器模塊。通過(guò)選用 RPBA-01 PROFIBUS-DP 適配器， ABB變頻器就可以連接到PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)上。在西門子PLC管理界面，通過(guò)點(diǎn)擊硬件—組態(tài)—設(shè)置—安裝GSD文件來(lái)安裝 RPBA-01 GSD 文件 ( ABB_0812.GSD)。安裝完畢自動(dòng)生成ABB Drives RPBA-01文件，將其拖動(dòng)至DP總線上。選擇屬性設(shè)置operation mode 為VENDOR SPECIFIC（也就是 ABB Drives），設(shè)置 PPO 類型，波特率和站點(diǎn)地址（需與模塊上的旋碼開(kāi)關(guān)設(shè)置的站地址一致），即可以完成硬件組態(tài)和通信。

這樣，PLC通過(guò)得到外部傳感器信號(hào)發(fā)出控制命令給變頻器，變頻器通過(guò)控制字得到相應(yīng)的動(dòng)作指令并且發(fā)出狀態(tài)字把狀態(tài)信息反饋給PLC，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制—反饋—控制的閉環(huán)系統(tǒng)。觸摸屏與PLC也通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通信，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全網(wǎng)絡(luò)通信。電氣系統(tǒng)控制示意圖如圖1所示。

圖1　電氣系統(tǒng)控制示意圖

6.新增人機(jī)界面，方便人機(jī)交互。在原系統(tǒng)采用傳統(tǒng)繼電器控制方式，沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控。通過(guò)改進(jìn)，新增西門子觸摸屏，在觸摸屏中加入狀態(tài)、報(bào)警等監(jiān)控畫面（圖2）。

圖2　電控系統(tǒng)監(jiān)控畫面

外部壓力傳感器一共10個(gè)，主管東西兩部分各1個(gè)，B/D平臺(tái)和焊裝線各4個(gè)，其中8個(gè)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控點(diǎn)的壓力，東、西主管2個(gè)壓力傳感器信號(hào)都將進(jìn)入PLC中參與閉環(huán)控制（東、西主管2個(gè)壓力傳感器一備一用），并且在觸摸屏中實(shí)時(shí)顯示壓力數(shù)值，以便操作和維修人員能隨時(shí)了解系統(tǒng)各處水壓的變化，方便維修與保養(yǎng)。

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，控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過(guò)PLC機(jī)來(lái)改變內(nèi)存中的控制程序，便可滿足不同供水控制系統(tǒng)的高效節(jié)能要求，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。

四、項(xiàng)目改造效果

項(xiàng)目投入使用后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，極大的降低維修備件費(fèi)用?；赑LC變頻器控制器的恒壓供水控制系統(tǒng)應(yīng)用簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，節(jié)能效果顯著。PLC變頻器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是使用交流接觸器少、投資小、接線簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。

五、結(jié)語(yǔ)

恒壓供水采用PLC變頻器控制系統(tǒng)是一種有效的技術(shù)手段，它充分發(fā)揮了其可靠性高、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車間級(jí)制冷站循環(huán)供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能。將來(lái)還可以通過(guò)對(duì)更多現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過(guò)開(kāi)發(fā)上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有綜合功能的工廠級(jí)自動(dòng)化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力。

收稿日期：（2015-12-04）

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）02-0056-03