西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8当天发货

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本文介绍了如何利用PLC可编程控制器的自动控制和逻辑运算的优点以及与人机界面的完美结合，使弯管半径及长度等成为可调参数，直接在人机界面上操作和改变PLC的程序及参数，达到灵活控制设备运行的目的。从而使设备操作变得更方便，更富有人性化。它充分体现了工控自动化在实际生产中的重要作用。  
  
  
    1、引言 

    弯管机是休闲用品及工艺装饰品生产行业中的重要设备之一，由于产品种类丰富，形状千变万化，相应弯管的形状、尺寸及大小半径各不相同，在以前生产中，主要有液压弯管机、手动弯管机、简易电动弯管机等，这对大批量生产以及产品尺寸的千变万化不相适宜。本文介绍的弯管机是根据实际生产需要，自主开发、研制而成，并已投入实际生产中，产生了显著的效益。 

    2、系统介绍 

    该弯管机的控制系统原理图如图1所示，主要由PLC、变频器、传感器、人机界面、主副电机等组成。该机的主体部位，由八组滚轮组成，如图2所示，一次可同时生产八根管子，tigao了效率。主电机由变频器控制，通过HMI可调整滚轮的速度；管子弯曲半径由副电机通过涡轮副减速控制滑块下压和上升；弯管长度、半径及滚轮速度、滚压次数为调整参数，在人机界面上可以调整，非常方便，富有人性化，PLC内部程序是控制设备自动运行的关键部份。 

    3、控制模式 
  
    该机有手动运行模式和自动运行模式。 

    3.1手动运行模式 

    合上电源，在人机界面中选择手动运行模式，该模式为机器的调试或修理等特殊运行模式，分滚轮正转、反转、滑块上升、下降四种状态，分别相互独立操作。 

    3.2自动运行模式 

    合上电源，在人机界面中，选择自动运行模式，该模式为正常生产模式。根据需要调整好可调参数（弯管长度、半径、滚轮速度、滚压次数），按启动按钮，立即进行自动运行，变频器接收到频率参数，控制主电机从OHZ上升至该频率运行，传至滚轮，同时主副电机根据人机界面的调整参数和PLC内部程序运行，传至滚轮及滑块，通过编码器产生信号传至PLC，控制滚轮正反转，滑块下降、上升，以生产出合格的产品。 

    4、工作原理 

    如图2所示，滑块上升，放好管子，滑块下压到一定高度h，主电机带动滚轮转动，根据管子的长度L，由PLC计算出滚轮需转动X圈再反转X圈。根据弯曲半径R的大小，滑块分n次下压，滚轮重复n次循环动作完成产品。 

    生产时只需调整可调参数：管子长度L、管子弯曲半径R及重复滚压次数n等，由PLC内部程序，通过逻辑运算得出h、X等参数，根据主、副电机相对应的编码器所产生的脉冲信号自动控制设备的运行。 

    5、结束语 

    该设备的成功研制，解决了休闲用品及工艺装饰品的大批量生产和品种多样化的问题，显著地tigao了生产效率。使操作变得更直观，富有人性化。 

一、前言

　　中央空调系统是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，电能的消耗非常大，约占建筑物总电能消耗的50%。由于中央空调系统都是按大负载并增加一定余量设计，而实际上在一年中，满负载下运行多只有十多天，甚至十多个小时，几乎绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。

　　随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出liuliang，达到节能目的提供了可靠的技术条件。

二、问题的提出

　　1、原系统简介

　　我酒店的中央空调系统的主要设备和控制方式：100冷吨冷气主机2台，型号为三洋溴化锂蒸汽机组，平时一备一用,高峰时两台并联运行；冷却水泵2台,扬程28米,配用功率45 KW,冷水泵有3台，由于经过几次调整，型号较乱,一台为扬程32米，配用功率37KW, 一台为扬程32米，配用功率55KW, 一台为扬程50米，配用功率45KW。冷却塔6台，风扇电机5.5KW，并联运行。

　　2、原系统的运行及存在问题

　　我酒店是一间三星级酒店。因酒店是一个比较特殊的场所，对客人的舒适度要求比较高，且酒店大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。

　　由于中央空调系统设计时必须按天气热、负荷大时设计，且留有10%-20%左右的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大liuliang、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。

　　为了解决以上问题，我们打算利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统。对冷冻、冷却水泵、冷却塔进行改造，以节约电能。

三、节能改造的可行性分析

   改造方案是通过变频器、PLC、数模转换模块、温度模块和温度传感器等构成温差闭环自动控制，根据负载轻重自动调整水泵的运行频率，同时根据冷却水温度的高低，自动切投冷却塔散热风机，以达到节能效果。以下是分析过程：

　　1、  中央空调系统简介

中央空调系统结构图

　　在中央空调系统设计中，冷冻泵、冷却泵的装机容量是取系统大负荷再增加10%—20%余量作为设计系数。根据计算中央空调系统中，冷冻水、冷却水循环用电约占夏季酒店总用电的25%—30%，冷却塔的用电占8%—10%。因此，实施对冷冻水和冷却水循环系统以及冷却塔的能量自动控制是中央空调系统节能改造及自动控制的重要组成部分。

　　2、泵的转速调节

  根据异步电动机原理

         n=60f/p(1-s)            

式中：n:转速     f:频率    p:电机磁极对数      s:转差率

由上式可见，调节转速有3种方法，改变频率、改变电机磁极对数、改变转差率。在以上调速方法中，变频调速性能好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。因此改变频率而改变转速的方法方便有效。

　　3、冷却塔的控制

    以前的冷却塔是人为的根据冷却水温度选择冷却塔开启的台数，非常容易造成能源的浪费现象，现在根据冷却水的温度，由温度传感器传送信号至PLC，由PLC经计算后对冷却塔风机依次开启，以28℃为基数，温度每上升2℃，开启两台散热风机，每下降2℃，延时5分钟后停止2台风机，以达到节能效果。

四、节能改造的具体方案

　　1、主电路的控制设计

　　根据具体情况，同时考虑到成本控制，原有的电器设备尽可能的利用。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的方式运行，使用一台变频器控制拖动两台水泵交替运行。将一台扬程较高的冷水泵作为备用。

以下为冷冻水泵与冷却水泵一次接线图：

　　2、功能控制方式

工作流程：

　　开机：开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作liuliang，同时PLC控制冷却塔根据温度传感器信号自动选择开启台数。

　　停机：关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时十分钟后自动关闭。

　　保护：由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。

五、变频节能技术框图及改造原理分析

下图为变频节能系统示意图

　1、对冷冻泵进行变频改造

　　控制原理说明如下：PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的频率，以控制电机转速，调节出水的liuliang，控制热交换的速度；温差大，说明室内温度高系统负荷大，应tigao冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度和liuliang，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度和liuliang，减缓热交换的速度以节约电能；

　　2、对冷却泵进行变频改造

　　由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应tigao冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。

六、实际调试注意事项

　　1、整改设备安装完毕后，先将编好的程序写入PLC，设定变频器参数，检查电器部分并逐级通电调试。

　　2、投入试运行时，人为地减少负荷，观察liuliang是否因频率的降低而减小，并找到制冷机报警时的低变频器频率，以及liuliang降低后管道末端的循环情况，使变频器工作在一个低的稳定工作点。

　　3、用温度计及时检测各点温度，以便检验温度传感器的jingque度及校验各工况状态。

七、技术改造后的运行效果比较

　　1、节能效果及投资回报

　　进行技术改造后，系统的实际节电率与负荷状态、天气温度变化等因素有一定关系。根据以往运行参数的统计与改造后的节能预测，平均节能应在20－30%以上。经济效益十分显著。改造后投入运行一年即可收回成本，以后每年可为酒店节约用电约12万元。

　　2、对系统的正面影响

　　由于冷冻泵、冷却泵采用了变频器软启停，消除了原来启动时大电流对电网的冲击，用电环境得到了改善；消除了启停水泵产生的水锤现象对管道、阀门、压力表等的损害;消除了原来直接启停水泵造成的机械冲击，电机及水泵的轴承、轴封等机械磨擦大大减少，机械部件的使用寿命得到延长 ；由于水泵大多数时间运行在额定转速以下，电机的噪声、温升及震动都大大减少，电气故障也比原来降低，电机使用寿命也相应延长。

    由于采用了温差闭环变频调速，tigao了冷冻机组的工作效率，tigao了自动化水平。减少了人为因数的影响，大大优化了系统的运行环境、运行质量。

八、结论

　　虽然一次性投资较大，但从长远的经济利益来看是值得的。这里我们也借鉴了其它一些酒店改造的经验和实际效果，进一步验正了利用变频器、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等组成的温差闭环自动控制系统，对中央空调系统的节能改造是可行的。可以达到我们当初设计的预期效果。

九、结束语

　　在科技日新月异的，积极推广高新技术的应用，使其转化为生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以tigao生产质量、生产效率，创造可观的经济效益。对节能、环保等社会效益同样有着重要的意

  供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)维持水压恒定；(2)控制系统可手动/自动运行；(3)多台泵自动切换运行；(4)系统睡眠与唤醒。当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；(5)在线调整PID参数；(6)泵组及线路保护检测报警，信号显示等。

    将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。

    1 系统硬件构成

    系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。

    安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为4～20mA的电流信号，提供给PLC与变频器。

    变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将0～50Hz的频率信号供给水泵电机，调整其转速。ACS变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏，进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停止(DI1、DI5)、模拟量给定(AI1)、实际值(AI2)、控制方式选择(DI2)、恒速(DI3)、允许运行(DI4)；3个输出信号：模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行)；DIP开关选择输入0～10V电压值或0～20mA电流值(系统采用电流值)。变频器根据给定值AI1和实际值AI2，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。

    根据泵站供水实际情况与需求，利用一台变频器控制3台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定，当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时，要投入下一台泵运行。反之，当变频器输出频率降至小，压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理能力，采用FX－4AD(4模拟量入)获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据寄存器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量，提供给PLC[1>，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险，必须保证其频率不低于20Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz)进行比较，实现泵的切换与转速的变化。

    系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能快，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，从而tigao供水质量。但元件动作过程太快，会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生，硬件上必须设置闭锁保护，即1Q与4Q，2Q与5Q，3Q与6Q不能同时闭合。    

    2 系统软件设计

    控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。

    当变频器输出频率达到频率上限，供水压力未达到预设值时，发出加泵信号，投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值，变频器输出频率降到频率下限时，发出减泵信号，切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂，任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行，而其他泵则可能在变频器控制下运行，因此必须预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后，按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序优先考虑。获得减泵信号后，按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序优先考虑。

    为了防止故障的发生，软件上也必须设置保护程序，保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时必须设置元件动作顺序及延时，防止误动作发生。系统切换泵流程见图3。

    考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63％的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法[2>。

    计算近10次采样的平均值，其计算公式如下：

    3 系统参数的确定

    系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数量很大的参数群，初始情况下，只有所谓的基本参数可以看到。只需设定简单的几个参数，变频器就可以工作。

    除基本参数外，还必须对完整参数进行设定。

    完整参数的设定主要是PID参数的整定，它是按照工艺对控制性能的要求，决定调节器的参数Kp，TI，TD。控制表达式为：

    变频器根据偏差调节PID的参数，当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统达到一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态[3、4>。

    4 试验结果

    由于系统的显示和通讯功能，可以对系统工作情况进行监测。考虑到管网覆盖面积大，泵站海拔高度相对低，远端供水压力需维持3kg，因此泵站出水口压力必须维持5kg。试验条件为管网初始无压力，电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。获得的数据经MATLAB进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线[5>。

    试验记录的数据显示，系统在未进行滤波和PID控制时，响应速度特别慢、误差大、振荡严重，见图5。在未进行滤波而引入数字PID控制时，响应速度明显加快，但振荡问题未能得到解决，这是由于喘振现象的存在；当管道压力与设定值近似相当时，水锤效应影响明显，压力波动异常，PID的参数跟踪整定，形成恶性循环，管道中空气的存在也会导致振荡问题。

    该系统是按照工业生产需求设计的，实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定和安全性，在长时间运行中取得了良好的效果。只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。