【文章內(nèi)容簡介】 號 ： (1)控制變頻器運(yùn)行的啟停信號 DI1—— PLC的 KA1。 (2)變頻器的壓力反饋信號 A12口 —— 接遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號。 PE R S T PE U V W DI1 +24V AI2+ AI2 PLC 接電機(jī) KA 1 變頻器 內(nèi) 置 PID (3)。 2 輸出信號 ： (1)RO1： 為數(shù)字量輸出口，變頻器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，進(jìn)行指示。 (2)RO2： 為 數(shù)字量輸出口，變頻器運(yùn)行指示。 (3)RO3： 為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運(yùn)行指示。 (4)U、 V、 W為接三相異步電動機(jī)。 3 通訊：本變頻器完成與上位機(jī)的頻率、電流、電壓、壓力、故障狀況，給定等參數(shù)進(jìn)行通訊，通過 CH0、 CH1口實(shí)現(xiàn)。 整個變頻器端子示意圖如圖 4。 圖 4 變頻器接線圖 在此控制系統(tǒng)中，整個信息的反饋是靠壓力變送器，在 PLC的配合下通過反饋回的壓力信號來調(diào)整當(dāng)前調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速 。 變頻器和 PLC的聯(lián)系，是靠硬件電器來聯(lián)接的，具體參數(shù)的聯(lián)系都是與上位機(jī)的通訊來實(shí)現(xiàn)的，選用的 s7200PLC和 Asc601變頻器均有內(nèi)置的 Rs485接口。變頻器和 PLC的聯(lián)系如圖 5所示。 圖 5 變頻器接線 原理 圖 傳感器與變送器 這一部分是控制系統(tǒng)的底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 壓力 變送器工作原理 PMC 系列壓力變送器采用了先進(jìn)的電子陶瓷技術(shù)、厚膜電 子技術(shù)、 SMT 技術(shù)和PFM 信號傳輸技術(shù) ， 測量元件內(nèi)無中介液體 ,是完全固體的。其工作原理是 ： 介質(zhì)壓力直接作用于陶瓷膜片 ,使測量膜片產(chǎn)生偏移。膜片位移產(chǎn)生的電容量 ,由與其直接連接的電子部件檢測、放大和轉(zhuǎn)換為 0～ 20mA DC的標(biāo)準(zhǔn)信號輸 出。 壓力變送器選型 壓力檢測元件采用 E+H 公司的 PMC133 型壓力變送器。 PMC133 型壓力變送器相對壓力的最大測量范圍為 0～ 40MPa , 最小測量范圍為 0～ 1kPa , 更換測量元件可以改變壓力測量范圍。變送器由 WYJ 穩(wěn)壓電源供給 ～ 30VDC 電壓 ,能夠準(zhǔn)確地將出水口的壓力信號線性地轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號。 溫度傳感器選型 用 DS18B20 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測 ， 這種測量方法需要溫度傳感器的精度高 ,體積小 ,測量電路簡單 ,而且能夠在 高 溫下工作。所以我們選用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的數(shù)字輸出 IC 溫度傳感器 DS18B20 ,其特性如下 ： 獨(dú)特的單線接口方式 ： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線就可以實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 變頻器 PID 壓力傳感器 變頻器內(nèi) 置 水泵電機(jī) 出口壓力 PLC 設(shè)定值 在使用中不需要任何外圍元件 可用數(shù)據(jù)線供電 ,電壓范圍 ： +～ + 測溫范圍 ： 55～ +125℃ 通過編程可實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字讀數(shù)方式 ,分辨率可達(dá) ℃ 12 位精度的最大轉(zhuǎn)換時間為 750 ms 用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能 ,多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上 ,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫 負(fù)壓特性 ,電源極性接反時 ,溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀 ,但不能正常工作 每個 DS18B20 都分配了一個獨(dú)一無二的 64 位序列碼 ,允許多個 DS18B20 上工作在同一條一線總線上 ,從而減少了系統(tǒng)傳感器接口。 DS18B20 有兩 種封裝模式 ：3 腳和 8 腳封裝 ,其中 3 腳封裝比較常用 ,我們選用 3腳 TO92 小體積封裝。 用 DS18B20 為溫度傳感器有許多優(yōu)點(diǎn) ,但實(shí)際應(yīng)用的時候 ,由于 DS18B20 采用的是 1Wire 總線協(xié)議方式 ,即在一根數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸 ,因此 ,對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。 單總線訪問 DS18B20 時的一線工作協(xié)議流程 ： 初始化總線上所有器件 —— 對ROM 發(fā)操作指令 —— 發(fā)存儲器操作指令 —— 數(shù)據(jù)處理。操作過程的工作時序包括初始化時序 ,讀時序和寫時序。 在接入系統(tǒng)之前 ,先用讀序列號的程序讀 出每個 DS18B20 的序列號 ,然后每個序列號分別對應(yīng)系統(tǒng)中的編號 1～ n ,讀的時候把要讀的那個 DS18B20掛在總線上 , 讀完后再換另一個 , 同時記錄每個 DS18B20 的序列號。系統(tǒng)運(yùn)行時 ,初始化完成后 ,匹配序列號 ,然后讀對應(yīng)傳感器的溫度值 ,讀完后 ,匹配下一個序列號 ,再讀對應(yīng)傳感器的溫度值 ,直到讀完總線上所有的傳感器 ,接著再讀下一輪。 DS18B20 可通過兩種方式供電 ： 寄生電源方式和外加電源工作方式。寄生電源方式不需外加電源 ,當(dāng)總線 (信號線 ) 為高時穩(wěn)定電源的提供是通過單線上的上拉電阻實(shí)現(xiàn) ,總線信號為 低時則由其內(nèi)部的電容供電 ,在此種方式下 VDD接地。外加電源工作方式需要外加電源正負(fù)極分別接引腳 VDD及 GND 。 本系統(tǒng)選用外加電源工作方式 ,采用此種方式能增強(qiáng) DS18B20的抗干擾能力 ,保證工作的穩(wěn)定性。 我們采用外加電源的工作方式 ,在同一條總線上同時掛接 135個 DS18B20 可以 穩(wěn)定 ,準(zhǔn)確的測量溫度值。能夠滿足我們實(shí)際檢測的要求。在實(shí)際的工程應(yīng)用中 ,由于 DS18B20 要放在水里測量溫度 ,我們用圓柱狀的不銹鋼的傳感器外殼套在DS18B20 上對其進(jìn)行密封 ,以防止進(jìn)水短路 ,同時可以增加它的耐壓 ,耐腐蝕性 能。當(dāng)某個 DS18B20損壞后 ,我們把好的 DS18B20 先讀出其序列號 ,再換接到系統(tǒng)中。 以 18B20為核心組成的 多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)見圖 6。 GNDDQV C CR15 .1 KV C C 圖 6 18B20 組成的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng) 第六章 系統(tǒng)構(gòu)成 補(bǔ)水泵控制系統(tǒng) 方案 圖 圖 7 補(bǔ)水系統(tǒng)方案圖 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用 2臺變頻器，其中 1,3水泵電機(jī)有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機(jī)都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián) ， 變頻器輸入電源前面接入一個空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù) 電 機(jī)的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機(jī)的容量適當(dāng)選擇[4]。 在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門接觸器的動作，都是按照 PLC的程序邏輯來完成的。 為了保護(hù) PLC設(shè)備， PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門的動作。在 PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延 長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 由于每臺電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個電流互感器，電流互感器和熱繼電報(bào)警部分 顯示部分 PLC 控制器 水位傳感器 變頻器 電控部分 保護(hù)部分 補(bǔ)水 泵 壓力給定 至鍋爐 壓力變送器 M 補(bǔ)水箱 器、兩個電流表連接，如圖 8所示。 圖 8是 電流互感器的接線圖 ，兩個電流表 一 個安裝在控制柜上，另一個安裝在操作臺 上，可以方便地觀察 電機(jī)的三相工作電流，便于 工 作人員監(jiān)測電機(jī)的工 作狀態(tài)， 同時熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的過熱保護(hù)。 A1 A2M 圖 8 電流互感器的接線圖 補(bǔ)水泵有 三 臺， 3。 其中 1和 3補(bǔ)水泵 配有變頻器。當(dāng) 1補(bǔ)水泵采用變 頻控制啟動后仍不能滿足要求時，讓 1補(bǔ)水泵工作于工頻同時啟動 2補(bǔ)水泵，2補(bǔ)水泵采用工頻控制。 以此類推啟動 3。 圖 9 補(bǔ)水泵系統(tǒng)電氣控制圖 變頻器主電路電源輸入端子 (R, S, T)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子 (U, V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時，需要調(diào)換輸出端子 (U, V, W)的任意兩相。特別是對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流 ，致使轉(zhuǎn)換無法成功。 控制電路之中存在電路之間互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動機(jī)的互鎖。在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺電動機(jī)同時接在工頻電源和變頻電源的情況，同時要求變頻器始終只與一臺電動機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動機(jī)變頻工作的時候，小容量電動機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。 所以在大容量電動機(jī)變頻工作的時候，要自動切斷小容量電動機(jī)的變頻控制電路。控制電路的組間互鎖是通過輸入按鈕，控制 PLC 的輸入端口來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng) 選擇一組機(jī)組運(yùn)行時，按下另一組起動按鈕則為無效操作。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)和閥門的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省 PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門的工作狀態(tài)。 循環(huán)泵控制系統(tǒng) 循環(huán)泵 控制 系統(tǒng)有 4 臺循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺變頻器，另外一臺作為備用。每臺循環(huán)泵均通過變頻器啟動，并根據(jù)負(fù)荷的變化切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動下一臺循環(huán)泵，依次類推，最后其中一 臺循環(huán)泵變頻運(yùn)行，其他工作循環(huán)泵工頻運(yùn)行，剩下循環(huán)泵處于停止?fàn)顟B(tài)作為備用。系統(tǒng)的電氣控制圖如圖 10 所示。 圖 10 循環(huán) 泵系統(tǒng)電氣控制圖 鼓風(fēng)機(jī) 控制系統(tǒng) 鼓風(fēng)機(jī) 控制系統(tǒng)包括 2 臺 鼓風(fēng)機(jī)，本 文 對每臺 鼓風(fēng)機(jī) 配置一個變頻控制柜，每臺電機(jī)配置一臺變頻器。其電氣控制原理相對簡單。 圖 11 鼓風(fēng)機(jī)電氣圖 第七章 PID控制原理 PID算法的實(shí)現(xiàn) 在模擬量閉環(huán)過程控制領(lǐng)域內(nèi)，擴(kuò)展模擬量處理模塊，如 EM23 EM23 EM235，根據(jù) PLC 提供的 PID 編程功能模塊，只需 設(shè)定好 PID 參數(shù)，運(yùn)行 PID 控制指令，就能求得輸出控制值，實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。