PLC在风机控制方案改造中的应用.pdf

第 2 3卷第 5期 2 0 0 7年 1 0月 黄石理工学院学报 J OUR NAL OF HUANGS HI I N S TI TU T E OF T E CHN OL OGY V o 1 ． 2 3 N o ． 5 Oc t 20 07 文章编号 1 0 0 88 2 4 5 2 0 0 7 0 5 0 0 0 7 0 3 P L C在风 机控 制方案改造 中的应 用 南光群 吴鸿霞 黄石理工学院 电气与电子信息工程学院， 湖北 黄石4 3 5 0 0 3 摘 要 介绍了黄石市科威自控有限公司运用嵌入式 P L C芯片组生产的E A S Y M O 8 0 8 R A 0 4 0 4 N B P L C 在 风机控制系统中的改造方案 ， 并给出了部分变频器控制的梯形图程序。 关键词 嵌入式P L C ； 风机； 变频器； 节能 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A Th e Ap p l i c a t i o n o f PLC i n t he I m p r o v e m e n t o f t he Ai r Bl o we r Co n t r o l S c he me Na n Gu a n g q u n Wu Ho n g x i a S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n d E l e c t r o n i c I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， H u a n g s h i I n s ti t u t e o f T ec h n o l o g y ， H u a n g s h i H u b e i 4 3 5 0 0 3 Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a r e f o r m o f a i r b l o w e r c o n t r o l s y s t e m u s i n g Ea s y - MO 8 0 8 R - A0 4 0 4 NB P L C ma d e f r o m e mb e d d e d P L C c h i p s o f Ke W e l Au t o ma t i o n L t d ．i n Hu a n g s h i ，a n d p u t for w a r d p a r t o f t h e l a d d e r d i a g r a m i n t h e c o n t r o l o f f req u e n c y c o n v e R e r ． Ke y wo r d s e mb e d d e d P L C； a i r b l o we r ； i n v e r t e r ； e n e r g ys a v i n g 0 引 言 能源 短缺 已是我 国在 经 济 发展 过 程 中 显 现 出 来 的相 当严 重 的问题 ， 特别 在夏 季 ， 各地 都采 取 限 电措 施 ， 这 在某 种 意 义上 来 说 也 是 经 济 发 展 的阻 力 。节约能 源 ， 让 有 限 的 能源 发 挥 最 大 作 用 是 我 们 的当务之 急 。我 国每 年都有 很 多 节能 方 面 的科 研成果 ， 但这 些科 研成 果如何 应用 和推 广 ， 已经 成 为 目前 的重点 问题 。我 国风机 、 水 泵 、 空 气压 缩 机 总量约 4 2 0 0万 台 ， 装机容 量 约 1 ． 1亿 k W。但 这 些 大 功 率 耗 能 系 统 实 际 运 行 效 率 仅 为 3 0 ％ 一 4 0 ％ ， 其损 耗 电能 占总发 电量 的 3 8 ％ 以上 。这是 因为许 多风机 、 水泵 、 空 气压缩 机 的拖 动 电机 都是 处 于恒速运 转状 态 ， 而生 产 中的风 、 水 流 量 以及气 收稿 日期 2 0 0 7 0 6～1 5 作者简介 南光群 1 9 6 5 一 ， 男 ， 湖北浠水人， 讲师 ， 硕士。 压要 求却 处 于变 工 况 运行 状 态 ； 还 有许 多 企业 在 进 行 系统设 计 时 ， 容量选 择得 比较 大 ， 系统 匹配不 合理 ， 因而造成大量的能源浪费。 1 原 系统运 行 中存 在 的 问题 黄石 某纺 织有 限公 司 ， 由于梳 棉 、 并 条 、 粗纱 、 细纱等工序的工艺要求 比较高， 温度过高 、 过低或 湿 度偏 大 、 偏小 ， 都 会影 响到生 产产 品 的质 量 。该 公司车间有 1台 4 5 k W 的风机 ， 即使 是工作人 员 下班 后 风机 也不 能 停 ， 因为 还 有 一 些 半 成 品 在 流 水线 上 ， 需要 很 小 的风 量 。 由于 没有 任 何 节 能措 施 ， 风机只能 2 4 h开机 ， 浪费现象严重。为此 ， 我 们采用小型 P L C 、 变频 器控制对风机控制系统进 行 技 术改 造 。 维普资讯 8 黄石理工学院学报 2 0 0 7拄 2 方案设计 由于该公 司 的 风机 为 降 压 起 动 ， 为 提 高 起 动 效果 和 优 化 速 度 控 制， 选 择 施 耐 德 4 5 k W 的 A T V 3 8变频器 ， P L C选 用 黄石 市 科 威 自控 有 限公 司运 用 嵌 入 式 P L C 芯 片 组 生 产 的 E A S Y M0 8 0 8 RA 0 4 0 4 I C， 该 控制器 有 8路 开关 量输 入 无 源触 点 输 入 ， 1 0 N5 m A， 2 0 m 内 ， 抗 干 扰 能 力强 ； 有 4路模拟量输入 热 电偶信号 ； 电压范围 0 5 V； 开关 量 输 出 继 电器 触 点 输 出 ， 单 点 阻 性 2 5 0 V1 A， 4点合计 2 5 0 V 2 A； 有 4路模拟量输 出 信号范围 05 V； 指令集 基本逻辑顺 控指令 2 7 条 ， 步进阶梯指令 2条； 常用功能指令 5 6条 ， 专 家 指 令 1条 ； 网 络 接 口 C A N 和 R S 4 8 5 ； 人 机 互 连 可与多家人机界面、 文本显示屏连接 ； 程序容 量 6 k B； 程 序 处 理 速 度 t 0 ． 0 5 s ／ 基 本 指 令 ； C A N 通讯 速率 1 6 0 k b p s ， 传输距离 3 0 0 m， 传输 介质 同轴 电 缆 或 双 绞 屏 蔽 线 ； R S 4 8 5通 讯 速 率 9 ． 6 k b p s ， 传输距离 1 k m， 传输介质 t 同轴 电缆或双 绞屏蔽线 ； R S 2 3 2通讯 速率9 ． 6 k b p s ， 传 输 距离 5 m， 传输介质 双绞屏蔽线。主要控制功能 本地 和远 程控制 功能 。 送 引风系统 具 有 本 地 和远 程 两 种 控 制 方 式 。 送引管道旁设有一个操作箱 ， 可在现场手动控制 送引风系统各风机 的启 动／ 停止 ， 其控 制功能包 括 远程／ 就 地选 择 、 风机 启 动／ 停 止 、 报 警 指示 灯 等。 在 远程控 制 方 式 下 ， 操 作 人 员 通 过 操 作 站 启 动 风机 。操作 人 员根据 生产 工艺 可 设置 送 风 和引 风量 ， 控制系统通过 P L C输出， 调节给定变频器 的 信号来 控制 风机 转 速 的大 小 ， 进 一 步 控 制 车 问 的 温度等 。P L C控制 风机结 构 图如 图 1所示 。 图 1 P L C控制风机结构图 3 方案的程序设计 采用 P L C加变频器控制方案 ， 电路简单 、 故障 点少 ， 而且时钟信号不会因为断电而要重新设定。 该 公 司的计 算机 网络 平 台 已搭 建 好 ， 设 备 维 护 组 基本实现网络维护的要求 。方案中的 P L C编程软 件 F X G P WI NC是 基 于 Wi n d o w s 9 X以上 的操 作 系统 ， 可 以在 线联机 ， 便 于修改 、 维 护程序 ， 同时便 于扩 展输 入 输 出 接 口， 于 是进 行 如 下设 计 进 行 P L C的选 型 ， 因为点 数不 多 ， 输入 4点 输 出 4点 足 够 了 ， 考 虑到小 点数 的价格 差 不了多少 ， 因此本 方 案 中选 用 了 E A S YM0 8 0 8 RA 0 4 0 4 I C型 P L C， 便 于控 制两个 变频 站点 。 3 ． 1 P L C的程序 设计 传感器把 温 度 和压 力 信 号上 传 到 E A S Y M0 8 0 8 RA 0 4 0 4 I C并 转 化 为 相 应 的 数 据 ； 通 过 P I D运算 ， 控制变频器的频率输入值 ， 从而控制送 风机和引风机系统 中循环空气 的流量来控制温度 等工 艺参 数【 川。系统 流 程 图如 图 2所示 。 图 3是 其 中一路部分变频器控制的梯形图程序。 3 ． 2变频器 的选择及参数 设置 A ， I v 3 8 H D 5 4 N 4， 4 5 k W， 3相 。 3 8 04 6 0 V。 内 置 E MC滤 波 器 。 因 为 A T V 3 8是 施 耐 德 公 司 在 A T V 5 8基 础 上 生 产 出 来 的 变 频 器 。 很 多 功 能 和 A T V 5 8是相 同的 ， 但价 格 比 A T V 5 8要便 宜 得多 。 图 2系统 流 程 图 维普资讯 第5期 南光群吴鸿霞 P L C在风机控制方案改造中的应用 9 2 ‘ n l 0 6 0 0 2 Kl 图 3 部分变频器控制 的梯形图程序段 根据本系统实际情况， 把控制方式参数设 置为模 拟电流输入控制， 4～2 0 m A对应 的参数设置 为频 率 0～ 5 0 H z ， 其它 的参数可以进行 模糊设置。控 制端 子接 线如 图 4所 示 变频 器控 制 端子 P L C输 出端 子 图 4 P L C端子接线图 4 结束语 本 系统经 过近两 年运行 ， 系统 稳 定 可 靠 ， 一 天 总 的节 电度 数 为 3 3 0 k W h ， 节 能 效 果 明显 。在 正常运 行状 态 下 ， P L C控 制 系统 控 制 点 的 实 时 温 度跟踪设 定 温度 的极 限偏 差为 一2 ℃ ～ 3 ℃ 。因 为 P L C的程 序 和组 态软 件可 以根据 实 际运行 情 况 及用户需求随时修改_ 2 J ， 所 以 P L C系统具有更好 6 00 1 Ni 0 Z 7 n 5 02 7 的灵 活性 。P L C控 制 系统通 过 一根 电缆 可方 便 地 将所有车间的运行状态和数据传送给计算机， 进 而接人互联网； 脉冲控制器 系统需配置各类通讯 模块才能将 系统信息接人计算机。P L C控制系统 电路设 计 简 洁 ， 大 量 的仪表 、 按 钮 、 继 电器 被简 化 ， 复杂的电路 被 P L C的程序 和组态所代替 。使用 E A S Y系 列 的 P L C， 支 持 C A N或 R S 4 8 5网络 的变 频调 速控 制器 ， 工业 级 人 机 界 面组 成 网络 温 度 控 制系统 ， 编程 简单 ， 组 网方便 ， 接线少 ； 人 机界 面功 能 丰 富 ， 组 态 简便 ， 大 大 缩 短 了工 程 周期 ； 实 现 了 底层设备信息化 ， 可 以很好地满足 温度实时控制 的要求 ， 易 于用 户使 用 和操作 。 参 考 文 献 [ 1 ] 杨广才 ， 唐学媛． 嵌入式 P L C的研发[ J ] ． 机床电器， 2 0 0 6 6 1 21 4 [ 2 ] 向前进， 周纯生， 龚云生． 基于嵌入式 P L C的高速计 算器的开发 [ J ] ． 计算技术与 自动化， 2 0 0 6 1 2 4 7 50 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