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TRICONEX  3721

PLC在國(guó)產(chǎn)高壓變頻器中的設(shè)計(jì)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(jī)時(shí)能快速自動(dòng)切換到工頻旁路運(yùn)行，筆者給高壓變頻器專門配置了可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)旁路功能的旁路柜，如圖1所示，K1～K4為手動(dòng)操作刀閘，J1～J3為高壓真空接觸器。在變頻器發(fā)生故障時(shí)，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(yùn)行時(shí)，通過(guò)1個(gè)按鈕就可以實(shí)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(jī)控制邏輯的復(fù)雜性。

　　圖1 自動(dòng)旁路柜

　　自動(dòng)旁路柜控制邏輯簡(jiǎn)要介紹如下：

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)退出變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行有兩種方式，一種是自動(dòng)方式，一種是手動(dòng)方式，選擇自動(dòng)方式時(shí)，當(dāng)變頻器發(fā)生停機(jī)故障時(shí)變頻器自動(dòng)從變頻轉(zhuǎn)工頻;選擇手動(dòng)方式時(shí)則需人工操作。

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

　　(2)PLC控制系統(tǒng)原理圖

　　PLC主機(jī)選用輸入輸出點(diǎn)數(shù)48點(diǎn)，型號(hào)為FX2N-48MR，PLC作為系統(tǒng)邏輯量控制的控制核心，在自動(dòng)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(fù)雜，采用PLC控制，接線簡(jiǎn)單，提高了可靠性;旁路柜的邏輯更改也變得很簡(jiǎn)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(chǎng)的控制要求。

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

　　用戶現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(dòng)調(diào)整變頻泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)恒壓供水;同時(shí)還可以在液晶屏上設(shè)定壓力目標(biāo)值。

　　針對(duì)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(gè)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(gè)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(guò)讀取指令(FROM)和寫(xiě)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(shí)現(xiàn)對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)的管網(wǎng)水壓進(jìn)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(yùn)行參數(shù);D14為PID指令的運(yùn)算值輸出，通過(guò)PLC的寫(xiě)入指令(TO)把PID閉環(huán)運(yùn)算結(jié)果D14寫(xiě)入模擬輸出模塊，再通過(guò)模擬輸出模塊轉(zhuǎn)換成-10V～10V或者4～20mA的模擬信號(hào)送入高壓變頻器控制器進(jìn)行頻率設(shè)定。

　　在進(jìn)行PID運(yùn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)，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(shí)，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例增益，會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定;I表示積分時(shí)間，設(shè)定范圍為0～32767(*100ms)，積分時(shí)間越小，積分作用就越強(qiáng)，反之I越大則積分作用弱;D表示微分時(shí)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(shí)間能改善系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)水泵轉(zhuǎn)速的變化響應(yīng)比較緩慢， 因此PID的計(jì)算速度不能過(guò)快，即比例調(diào)節(jié)不能過(guò)快，否則如果管網(wǎng)水壓突然變化大時(shí)，變頻器的調(diào)節(jié)容易形成較長(zhǎng)時(shí)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(jì)算時(shí)間 (T0)以及PID運(yùn)算死區(qū)(M0)，這樣就可以把PID的計(jì)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(shí)現(xiàn)PLC與變頻器上位機(jī)通信

　　為了使變頻器上位機(jī)能對(duì)PLC進(jìn)行顯示、報(bào)警及記錄，PLC還配置了通信模塊FX2N-232BD，實(shí)現(xiàn)與變頻器上位機(jī)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(wú)協(xié)議(RS指令)或協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信，本例中使用無(wú)協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)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。