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TRICONEX  3721

PLC在國產(chǎn)高壓變頻器中的設(shè)計使用

　　1 PLC主要邏輯控制

　　(1)用戶要求高壓變頻器在出現(xiàn)故障停機時能快速自動切換到工頻旁路運行，筆者給高壓變頻器專門配置了可以實現(xiàn)自動旁路功能的旁路柜，如圖1所示，K1～K4為手動操作刀閘，J1～J3為高壓真空接觸器。在變頻器發(fā)生故障時，旁路柜可以在幾秒內(nèi)完成從變頻到工頻的轉(zhuǎn)換;而變頻器在工頻運行時，通過1個按鈕就可以實現(xiàn)變頻器從工頻到變頻的轉(zhuǎn)換。這樣的控制要求增加了變頻器整機控制邏輯的復雜性。

　　圖1 自動旁路柜

　　自動旁路柜控制邏輯簡要介紹如下：

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)退出變頻轉(zhuǎn)工頻運行有兩種方式，一種是自動方式，一種是手動方式，選擇自動方式時，當變頻器發(fā)生停機故障時變頻器自動從變頻轉(zhuǎn)工頻;選擇手動方式時則需人工操作。

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)退出工頻轉(zhuǎn)變頻運行也有兩種方式，一種是自動方式，一種是手動方式，選擇自動方式時，只需在控制柜上按一個按鈕，變頻器就自動完成從工頻轉(zhuǎn)變頻;選擇手動方式時則需人工操作.

　　(2)PLC控制系統(tǒng)原理圖

　　PLC主機選用輸入輸出點數(shù)48點，型號為FX2N-48MR，PLC作為系統(tǒng)邏輯量控制的控制核心，在自動旁路柜的邏輯關(guān)系控制中起著至關(guān)重要的作用。PLC控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

　　圖2 PLC控制系統(tǒng)原理圖

　　旁路柜的邏輯控制要求比較復雜，采用PLC控制，接線簡單，提高了可靠性;旁路柜的邏輯更改也變得很簡單，只需修改PLC梯形圖程序就可以了，很方便滿足用戶現(xiàn)場的控制要求。

　　(3)PLC功能指令實現(xiàn)高壓變頻器PID閉環(huán)控制

　　用戶現(xiàn)場對變頻器閉環(huán)控制提出的要求是:變頻器能夠根據(jù)用戶系統(tǒng)用水量的變化，自動調(diào)整變頻泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)管網(wǎng)恒壓供水;同時還可以在液晶屏上設(shè)定壓力目標值。

　　針對用戶的要求，PLC另外配置了模擬特殊模塊FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD為模擬輸入模塊，有四個輸入通道，zui大分辨力12位，模擬值輸入范圍為-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA為模擬輸出模塊，有2個輸出通道，zui大分辨力12位，模擬值輸出值范圍為-10V到10V或者4到20 mA。這樣通過讀取指令(FROM)和寫入指令(TO)，以及PLC帶有的PID閉環(huán)控制功能指令(如圖3所示)，就可以實現(xiàn)對用戶現(xiàn)場的管網(wǎng)水壓進行PID閉環(huán)控制。

　　圖3 帶有的PID閉環(huán)控制功能指令的PLC 程序

　　其具體編程過程是這樣:PLC讀取指令(FROM)讀取用戶水壓反饋值，把反饋值用移動指令(MOV)存入PID指令中的D12數(shù)據(jù)地址里; 把用戶的水壓設(shè)定值用移動指令(MOV)存入PID指令中的D10數(shù)據(jù)地址里;D200～D222保存PID的運行參數(shù);D14為PID指令的運算值輸出，通過PLC的寫入指令(TO)把PID閉環(huán)運算結(jié)果D14寫入模擬輸出模塊，再通過模擬輸出模塊轉(zhuǎn)換成-10V～10V或者4～20mA的模擬信號送入高壓變頻器控制器進行頻率設(shè)定。

　　在進行PID運行參數(shù)設(shè)置時，P、I、D的參數(shù)設(shè)定尤其重要，其設(shè)定的好壞直接關(guān)系到管網(wǎng)水壓控制的好壞。P表示比例增益，設(shè)定范圍為0～99(%)，比例調(diào)節(jié)設(shè)定大，系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例增益，會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定;I表示積分時間，設(shè)定范圍為0～32767(*100ms)，積分時間越小，積分作用就越強，反之I越大則積分作用弱;D表示微分時間，設(shè)定范圍為0～32767(*10ms)，微分調(diào)節(jié)有超前的控制作用，合適的微分時間能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。

　　攀鋼污水處理廠供水管網(wǎng)比較龐大，管網(wǎng)水壓對水泵轉(zhuǎn)速的變化響應(yīng)比較緩慢， 因此PID的計算速度不能過快，即比例調(diào)節(jié)不能過快，否則如果管網(wǎng)水壓突然變化大時，變頻器的調(diào)節(jié)容易形成較長時間的振蕩。根據(jù)這一情況，如圖3所示，可以在PLC控制程序中加入PID間隔計算時間 (T0)以及PID運算死區(qū)(M0)，這樣就可以把PID的計算速度調(diào)節(jié)至與管網(wǎng)水壓變化速度相一致，避免管網(wǎng)水壓震蕩。

　　(4)PLC功能指令實現(xiàn)PLC與變頻器上位機通信

　　為了使變頻器上位機能對PLC進行顯示、報警及記錄，PLC還配置了通信模塊FX2N-232BD，實現(xiàn)與變頻器上位機的串口通信，通信編程指令如圖4所示。

　　圖4 通信編程指令

　　PLC RS232串口通信可使用無協(xié)議(RS指令)或協(xié)議與上位機進行通信，本例中使用無協(xié)議與上位機進行通信，如圖四所示:D8120用于設(shè)定PLC通信格式，D50表示發(fā)送起始地址，K60表示發(fā)送字節(jié)數(shù)量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字節(jié)數(shù)量。