PLC控制变频器改造冷却水塔风机.pdf

科技专论 P L C 控制变频器改造冷却水塔风机 浙江联达化纤有限公司 浙江杭州 施永刚苗琳 【 摘 要】冷却水系统是制冷系 统不可缺少的一部分， 通过对冷 却水塔凤机的节能改造， 具有很显著地社会效益与经济效益 【 关键词l P L C ； 变频器； 文本显示器； 冷却塔风机； 冷却水 引言 冷冻水是部分企业生产时需要的辅助媒质， 冷水机组就是可以 制造出冷冻水的设备， 然而冷却水是制冷设备必不可少的一部分。 本 厂冷却水塔风机是按照固定频率运行的， 当室外温度较低时， 冷却水 池内温度也较低， 如这时冷却水塔风机再以固定频率运行， 即浪费了 大量电能 ， 此时若将冷却水塔风机改为根据冷却水塔内水温情况来 控制调节风机转速， 即能更好的利用风机的效率， 因此对冷却水塔风 机进行改造具有很显著的社会效益与经济效益。 1 ． 压缩式制冷系统结构 1 ． 1 压缩式制冷原理 压缩式制冷机 依靠压缩机的作用提高制冷剂的压 力以实现制 冷循环， 按制冷剂种类又可分为蒸气压缩式制冷机 以液压蒸发制 冷为基础， 制冷剂要发生周期性的气一 液相变 和气体压缩式制冷机 以高压气体膨胀制冷为基础 ， 制冷剂始终处于气体状态 这两种， 本厂应用的是气体式压缩机， 工艺流程如图l 所示 图 1制冷工艺原理图 1 ． 2 冷却塔风机作用 冷却水是制冷系统中冷却制冷剂的循环水 ， 冷却水进入冷凝器 的内盘管， 将冷凝器内制冷剂的温度置换出， 使制冷剂温度降低， 冷 却循环水温度升高后经冷却泵输送至冷却塔由喷嘴喷 出冷却水 ， 根 据水内热量会随着水的蒸发而降低这一物理效应， 冷却水塔风机转 动 ， 带动叶轮转动并形成气旋， 风 自 下而上， 将蒸发 出带热量的水气 混合物排出塔外， 最终冷却水温度会降低， 既可以达到工艺需求。 2 电气控制系统简介 本次 改造就是将原有 固定运行的风机 ， 改 为由冷却水池 内水 温 来控 制风 机转速， 已达节能 目的。 原电气控制是 由单接触器组成 的直接启动。 新设计中使 用西门子 7 - 2 0 0 系列的2 2 2 P L C， 西 门子 E M2 3 5 模块 ， TD 4 0 0 C 文本显示器， 富士Gl l 变频器， 铠 装铂热 电阻 P T1 0 0 ， 信号转换器 铂电阻量转换为4 2 0 ma ， 各一个组成新 控制系统 。 2 ． 1 各控制模块介绍 西门子S 7 2 0 O 系 IJ P L C 是一种可编程序逻辑控制器 Mi c r o P L C S 。 它能够控制各种设备以满足自动化控制需 求。 7 - 2 0 0 的用 户程序中包括了位逻辑 ， 计数器， 定时器， 复杂数学运算以及与其它 智能模块通讯等指令内容， 从而使它能够监视输入状态， 改变输出状 态以达到控制目的。 紧凑的结构、 灵活的配置和强大的指令集使s 7 2 0 0 成为各种控制应用的理想解决方案。 本设计中使用了P I D 控制指 令， P I D 是闭环控制系统的比例 一 积分一 微分控制算法。 P I D 控制器根 据设定值 给定 与被控对象的实际值 反馈 的差值， 按照P I D 算法 计算出控制器的输出量， 控制执行机构去影响被控对象的变化。 P I D 控制是负反馈闭环控制， 能够抑制系统闭环内的各种因素所引起的扰 动， 使反馈跟随给定变化。 7 - 2 2 2 P L C 最多可以支持8 个P I D 控制回 路。 西门子E M2 3 5 扩展模块， 模块支持4 路电压或电流模拟量输入与 1 路电压或 电流模拟量输出， 为了将铂电阻测量得到的冷却水池 内水 温信号输入到E M2 3 5 模块中， 需要配备一个信号转换器， 信号转换器 作用就是将铂电阻的电阻量转换为电流信号让模块可以识别。 T D 4 0 0 C 是西门子四行文本显示器， 可以连接在S T - 2 0 0 P L C 上， 使用s T E P 7 一 Mi c r 0 ／ wI N 编程软件能够很容易地对 7 - 2 0 0 进行编 程 ， 亦可以对T D 4 0 0 C 进行设置， 文本显示器上面可以根据需要显示 出各控制变量， T D 4 0 0 C [1 1] 是本设计中的人机界面。 2 ． 2 控制系统设计及其应用 为了提高P L C 输入信号的可靠性， 在程序中增加模拟信号滤波 的程序设计， 可对现场模拟信号做连续采样3 次， 取平均值， 作为采样 结果进入下一步程序处理 ； 在P I D 指令中选择带有手动控制功能， 这 样既有 自动控制又有手动控制 ， 满足了工艺操作人员的多种需求， 文 本显示器 人机界面 上面可以显示出当前实测温度值P V ， 温度设定 值S P ， 变频器实际频率， 手动给定频率值等， 为方便 工艺操作人员操 作， 可以在文本显示器上面设定权限， 让工艺人员根据工艺要求对各 变量进行修改操作， P L C 按照控制程序输出控制变频器， 变频器输出 拖动冷却塔风机转动来实现生产。 程 序设计完成后， 就是现场及仪表接线调试， 现场铂 电阻信号 输入给信号转换器， 转换器输出接至E M2 3 5 模块输入端， E M2 3 5 模 块输出电流信号控制变频器， P L C 与扩展模块 通过 自身带接线端子 板连接好； T D4 0 0 C 通过P O R T 接 口 连至P L C 上， T D 4 0 0 C 与P L C 实时 通信。 系统接线图如图2 所示 图 2 系统接线图 3 结论 经过本次改造， 冷却塔风机运行时能够节约大量电能； 能够根 据工艺需要及时调整电机频率， 工艺人员操作也是很方便； 本改造具 有很显著地经济效益。 参考文献 [ 1 ] 杨后川， 张瑞 ， 高建设等著 ． 西门子s 7 2 0 0 P L C 应用1 O O 例 ． 电 子 工业 出版社 ， 2 0 0 9 年 4 月 1 日， 1 0 -2 5 5 [ 2 】 吴志敏 ， 阳胜峰著 ． 西门子P L C 与变频器、触摸屏综合应 用教 程． 中国电力出版社， 2 0 0 9 年7 月1 日， 2 0 - 2 0 0 【 5 】 廖常初著 ． S 7 - 2 0 0 P L C 编程及应用． 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 年 7 月1 日， 5 0 -1 5 0 科强 ≮ 识趣j蕾志烈”2 碍5 j _ ㈡ 3 0 1