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基于PLC与变频技术的节能应用研究 2011-10-13 11:57:00　沈阳建筑大学 原宝龙 赵岚光 张凤众 来源《控制与传动》2011年第11期　供稿 摘 要：在水厂送水泵房中的应用实施过程中，PLC和变频器作为控制系统核心，它不但成功地运用变频调速的技术，解决了送水管网压力变幅大的问题，而且通过PLC实现整个系统自动控制，PLC具有的PID功能通过对变频器进行控制，调节水泵的转速，还能使整个运行系统实现节能的要求。 关键词：PLC；PID；变频；节能 1 概述 本文的内容是结合PLC和变频器的功能，实现对送水泵房的恒压供水系统控制；系统采用变频调速方式自动调节水泵电机的速度，利用PLC的PID的自动调节功能控制变频器，形成以压力为闭环的控制系统，从而实现恒压供水，而水组泵的启动和停止可以通过自动和手动来实现，该系统运行可靠，抗干扰性强，且具有较强的节能性。但在自动控制的实现过程中，系统还存在很多技术问题，结合一些实际配置过程与大家一起探讨。 2 系统组成 PLC-变频器和软启动器控制系统由1个PLC控制站、2台变频器、3台软启动器、压力变送器、综合保护器、液位计及5台水泵等组成。5 台水泵的流量是12000m3/h，电机为132kW，两台变频器控制两个水泵，三台软启动器控制另外三台水泵。在出水总管上安装有压力变送器探测管网的压力，在清水蓄水池装有液位计，检测水池的液位并将信号送至PLC。每台水泵都配有1台的综合保护器（安装在变频器或软启动机柜内）。变频器采用西门子公司的MICROMASTER（MM440），PLC采用西门子公司的GE的可编程序控制器，出水总管上配备E+H公司的FT-1压力传感器和清水蓄水池FT-1E液位传感器。 3 系统控制原理 通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PLC，经PLC运算与给定的压力进行比较，得出一比较参数，送给变频器，由变频器控制电机的转速，调节系统的供水量，使供水管网上的压力保持在给定的压力上，当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制切换器进行加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵的数量增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。此外，系统还设有多种保护功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无极调速，从而使管网水压连续变化。压力传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需求的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。当供水设备启动时，先启动变频泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在这一数值上。而当用水量增加，水压降低时，传感器将这一信号送入可编程控制器，可编程控制器送出一个用水量增大的模拟信号，使变频器的输出频率上升，水泵的转速提高，水压上升。如果用水量增加很多，使变频器的输出频率达到最大值，仍不能使管网水压达到设定值，可编程序控制器就发出控制信号，启动一台工频泵，其他泵依次类推。反之，当用水量减少，变频器的输出频率低于某一值（一般为30Hz左右）时，管网的压力仍高于给定的压力，PLC也自动启动计时器，在一定的时间段内，如果压力仍高于给定值，PLC就自动停止一台工频泵的，直至压力降低为止，其他泵依次类推。 4 PLC的配置及PID程序设计 根据用户需求，对控制器PLC的硬件配置如下， CPU模块采用IC200CPUE05，带2个串口的CPU，内含以太网接口，数字量输入（DI）采用IC200MDL640模块，数字量输出（DO） 采用IC200MDL740模块，模拟量输入（AI） 采用IC200ALG240模块，模拟量输出（AO） 采用IC200ALG230模块。在现场实际中，数字量输入输出（DI/DO），模拟量输入输出（AI/AO）都有冗余，以备系统临时扩充需要。触摸屏采用深圳威伦通10.4寸TFT65536色的MT6104T。上位机监控系统使用一台工程师站和一台操作员站。两台工业计算机分别采用以太网络完成计算机与PLC主站之间的数据通讯。操作员站的画面组态软件选用GE Cimplicity组态软件完成用户二次软件的开发。 PID控制各校正环节主要作用如下： （1）比例环节：比例的增大等价于系统开环增益的增加，会引起系统响应速度，稳态误差减少，超调量增加。当比例过大时，会使闭环系统不稳定。 （2）积分环节：相当于增加系统积分环节，主要作用是消除系统稳态误差。积分环节作用的强弱取决于积分常数积分。微分增大，系统超调量减小，但响应速度变慢。 （3）微分环节：主要作用是提高系统响