基于PLC与温度巡检仪的风机变频自动控制(1).pdf

第26卷 第2期 2016年4月 安 黴 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报 Journal of Anhui Vocational College of Metallurgy and Technology Vol.26.No.2 Apr. 2016 基 于PLC与温度巡检仪的风机变频自动控制 张东 马钢集团姑山 矿 业 公 司 安 徽 马 鞍 山 243000 手商要CPU224XP与温度巡检仪通过Modbus - RTU通 讯，PLC读取测量的电机温度值。CPU224XP通 过 0 - 10V模拟量 输出通道连接施耐德变频器0-10V频率给定通道。编 写PLC子程序建立以温度为自变量，变频器给定频率为因变量的线 性函数，实现给定频率根据环境温度的线性自动给定，从而实现变频器自动控制。 关键词 温度巡检仪;PLC Modbus - RTU 变频器 中图分类号TM571.2 文献标识码B文章编号1672 -9994201602 -0019 -03 随着交流变频技术的发展、 完善， 变频器在风 机控制中的应用越来越广泛， 通过人工调节电位器 来控制变频器的输出频率这一控制方式应用较为 普遍， 但是通过人工控制变频器这种方式不可能做 到实时、 高效。笔者设计了一种根据电机温度的变 化来实时自动控制变频器方法。 1 Modbus - RTU协 议 规 范 1 LU -905M0 8 温度巡检仪协议规范 1 . 1 . 1 采用异步串口 RS- 485通讯接口， 波特率 1200bit/s， 2400 bit/s， 4800 bit/s， 9600 bit/s 可选， 数据位8 位 ， 无奇偶校验， 1 位停止位。 1 . 1 . 2 通讯帧格式 表 1主站请求格式表 1主站请求格式 设 备 地 址 功 能 代 码 首 寄 存 器 地 址 寄 存 器 数设 备 地 址 功 能 代 码 首 寄 存 器 地 址 寄 存 器 数CRC校验校验 Addres Function bi Lo Hi LoHi Lo 8 8bit8 8bit 2 2x8 8bit 2 2x 8 8 bit2 2 x 8 8bit 表 2从站响应格式表 2从站响应格式 设 备 地 址 功 能 代 码 读 取 的设 备 地 址 功 能 代 码 读 取 的 寄存寄存 器器 末寄存末寄存 器数值器数值 CRC校验校验 Addres Function 子力数 子力数 Hi Lo Hi Lo Hi Lo 8 8bit8 8 bit 8 8 bit2 2 x 8 8 bit2 2 x 8 8bit2 2 x 8 8bi t 收稿日期2016 - 03 -31 作者简介张 东 （张 东 （1985 -,男， 马钢集团姑山矿业公司， 工程技术,男， 马钢集团姑山矿业公司， 工程技术 人员。人员。 1.2 CPU224XPM〇dbus通讯协议规范 1.2.1 通 过STEP7 - Mi* /WIN编程软件内库函 数 MBUS_CTRL” 、 “ MBUSMSG” 设置从站地址、 通讯波特率、 奇偶校验、 功能码等数据实现对从站 的数据访问。 1.2.2 用于 S7 -200 端口 0 的 MBUS_CTRL 指令 可初始化、 监视或禁用Modbus通讯。“ 模式” 输入 数值选择通讯协议。输 入 值 1 将CPU端口分配给 Modbus协议并启用该协议。输 入 值 0 将CPU端 口分配给PPI系统协议并禁用Modbus协议。“ 波 特 ” 参 数 将 波 特 率 设 为 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、 57600 或 115200 波特。“ 奇偶校验” 参数被设为与Modbus从站奇偶校验相匹配。所 有设置使用一个起始位和一个停止位。 1.2.3 MBUS_MSG指令用于启动对Modbus从站 的请求并处理应答。当EN输入和“ 首次” 输入打 开时，BUS_MSG指 令 启 动 对Modbus从站的请求。 发送请求、 等待应答、 并处理应答通常需要多次扫 描。“ 首次” 参数应该在有新请求要发送时才打开 以进行一次扫描。“ 从站” 参 数 是Modbus从站的 地址。允许的范围是0 到 247。“ 读写” 参出指定 是否要读取或写入该消息。 1 . 2 . 4 离散输出（ 线圈） 和保持寄存器支持读取 和写入请求。离散输入触点） 和输入寄存器仅支 持读取请求“ 地址” 参 数 是 起 始 的Modbus地址。 允许使用下列取值范围00001至 09999是离散输 出（ 线 圈 ） ； 10001至 19999是 离 散 输 入 （ 触 点 ） ； 30001至 39999是输入寄存器;40001至 49999是 20 *安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报2016年 第2期 图 2控制原理图图 2控制原理图 4 CPU224XP 与 LU- 905M08 温度巡检仪 Modbus 通讯程序编写 Network 1 / / 波特率9. 6kb/s， 无奇偶校验， 通讯超 时 1000ms // LD SM0.0 c L60.0 LD SM0.0 c L63.7 LD L60.0 CALLMBUS_CTRLSBR1，L63.7， 9600， 0 ，1000， M0.0，MB1 Network 2 / / 巡检仪地址1， 读巡检仪寄存器地址 424中内容第 道 量 的 温 度 值 ， 据 长 度 1 个字， 读取温度值保存在VW100// LD SM0.0 c L60.0 LD SM0.5 EU c L63.7 LD L60.0 CALL MBUS_MSGSBR2, L63. 7, 1， 0, 40425, 1， 1VB100, M0. 1，MB25 温度-频率线性函数子程序编写 Network 1 LD SM0.0 动变化。寄存器。 2温 度 - 频 率 线 性 函 数 _ 50 -F0 x Tmax T0 2 X Tmax - T0 式中， 表示给定频 ， “ 表示环境温度值； “表示程序设定启动风机最低温度； 0 表 示 “对 应 的 最 小 给 定 频 率 ； “max表示设定的变频器50Hz日 最大温度 0, “0， “max可根据不同现场自由设定） 3控 制 系 统 硬 件 电 路 设 计 3.1 CPU224XP DI接口可以采集变频器故障 反馈信 号 ， 风机主 FU热继电器故障 ， KM1、KM2 主 器吸合反馈 等外部输入信 号;DO接口可以通过中间继电器KA辅助触点控 变频器启动， 以及风 动、 停止等状态 指 示灯。AO接口输出0 - 10V电压信号连接变频器 AI 口 ， 变频器频 给 。 PORT0 DB9 孔RS -485接口的3 针 和 8 针连接温度巡检仪A ，B 端子。 3.2 PT100铂热电阻通过3 线制连接温度巡检仪 相应端子， 采 用PT100三线式接法可消除引线线 带来的测量误差。 3 . 3 当环境温度达到设定的温度值T0 时 ， 则PLC 控制变频器启动， 给定变频器设定的最低A 动 ， 当测量环境温度变 ， 的给定频率自 CPU224XP 总 第72期张 东 基 于PLC与温度巡检仪的风机变频自动控制 21 * MOVR 50.0, LD20 -R LD8, LD20 Network 2 LD SM0.0 MOVR LD4, LD24 -R LD0, LD24 Network 3 // LD28 斜率 k// LD SM0.0 MOVR LD20, LD28 /R LD24, LD2 8Network 4 LD SM0.0 MOVR 50.0, LD32 R LD8, LD32 Network 5 / / 求偏移量// LD SM0.0 MOVR LD32, LD36 /R 2.0, LD36 Network 6 LD SM0.0 MOVR LD4, LD40 R LD0, LD40 Network 7 LD SM0.0 MOVR LD20, LD44 R LD40, LD44 Network 8 LD SM0.0 MOVR LD24, LD48 R 2.0, LD48 Network 9 LD SM0.0 MOVRLD44, LD52 /R LD48, LD52 Network 10 / / 求的偏移量B// LD SM0.0 MOVR LD36, LD56 -R LD52, LD56 LD SM0.0 MOVR LD28, MD0 AENO R LD12, MD0 AENO MOVR MD0, LD16 R LD56, LD166 风机变频调速节能原理 6 . 1 当工作负荷发生变化时， 调节驱动风机的电 动机转速， 可降低能耗， 节约能源。由流体力学理 论可知， 风机风量Q与 转 速n成正比， 风 压p与转 速n2 成正比。风机负载转矩T的与转速n的平方 成正比， 即Tn2,风机的轴功率P与 转 速n3成正 比。三相交流异步电动机的频率F与 电 机 转 速n 成 比。 6 . 2 当风机变频调速后转速N1 与 额 定 转 速N2 比值变化， 功率变化比为其比值立方， 表 3 反应了 当转速发生变化后， 风机可能节电的理论计算值。 通过数据可以看出变频调速节能明显。 表 3调速所能达到的理论节能值表 3调速所能达到的理论节能值 N1/1/N2 Modbus - RTU; Frequency con- v6rt6r