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关于水泥厂节能供水的控制系统设计

关于水泥厂节能供水的控制系统设计 摘 要：本文设计了水泥厂节能供水系统的控制系统，包括系统方案没计、硬件组成和软件设计，通过PLC控制变频器来实现节能供水，通过触揽屏了觯系统的工作情况，设定相关参数，界面美观实用，操作灵活方便。 在资源日渐紧张的今天，节能减排是全世界都十分重视的问题，我国的“十一五”计划更是明确制定了今后五年的节能减排计划。节能减排不仅关系到企业效应，还关系到社会效应，所以企业应该注重节能减排方面的考虑，为建设节约型社会做贡献。水泥厂的供水系统，在整个生产中是不可或缺的一部分。若按传统方法，为了保证其具有高的稳定性和可靠性，以及免除不停启闭给电机造成损耗，带动水泵的电机需要24小时连续工作，仅在遇到例行检修和故障时，才停止运行。这样不仅大大的浪费电力资源，还增加电机的工作负担，减少其使用寿命。而由PLC、触摸屏和变频器组成的控制系统，根据设置在输水管道的传感器返叫的数据，PLC控制变频器的频率，从面控制电机转速，影响管道中的压力，使水管中的压力保持在一个较为稳定的值，触摸屏可以直观的查看各项数据，也可通过其控制PLC和变频器的各项参数。使用该控制系统不仅可以保证其稳定性和可靠性，还可以运用PID控制大大的节约了电能，同时操作灵活，更便于控制。1 、 系统的方案设计1．1 设计要求 整个控制系统必须满足以下条件： (1)可与变频器实现通讯，实时监视变频器工作状态，并将设备状态主要参数显示在触摸屏上。 (2)实现PLC与触摸屏通讯，可亢接在触摸屏上对参数进行设定，界面友好且美观。 (3)触摸屏上显示时间和记求设备工作状态等，故障记录等功能可随时调用。 (4)PLC预留级联通讯口，便于多台设备组网通讯集中管理。 (5)控制过程要实现使变频器启动后工作在下限频率值(可调定)和上限频率值(可调定)之间，并随采样传感器的中心值变化调整。 具体的方案是：变频器与电机相连，通过改变变频器的输出频率，来控制电机的转速；PLC通过RS485与变频器通讯，可对变频器进行各项操作；PLC通过RS232与触摸屏通讯，把各项数值显示到触摸屏上，同时也可通过触摸屏，修改PLC的参数，最终达到控制变频器的效粜；水压传感器与PLC的模拟晕输入连接，根据传感器反馈的实时的水压值，来设定变频器的频率。 这个方案以PLC作为控制元件，由于PLC的可靠性比触摸屏的高，在触摸屏出现故障的情况，PLC依然可以控制变频器正常运行；当PLC出现故障，变频器将按照原先PLC设定的频率值运行，虽然PLC的PID控制功能无法实现，但是可以保证供水系统的基本水压，维持正常的生产；若变频器出现故障，PLC立即把系统切换到工频状态，有效的保证的整个系统的可靠性。2、系统的硬件设计2．1硬件的选择 变频器选用的是150kW的西门子MICROMASTER430变频器。PLC选用的是西门子S7—200 224xpPLC。触摸屏选用的是WEINVIEW MTS00系列触摸屏。2．2变频器和PL0之问的连接和通讯 变频器和 PLC是通过RS485连接。_二者通讯采用通用的串行接口协议(USS)，USS按照串行总线的主一从通讯原理来确定访问的方法。为了PLC 与MM430变频器能正常通讯，需设置以下的参数： 将端子14和子15分别接到P+和 N-来实现。 P0003=2(访问第2级的参数所必须的) P2010=USS波特率(这一参数必须与主站采用的波特率一致) P2011=USS结点地址。(这是为了变频器指定的唯一从站地址)2．3触摸屏和PL0之间的连接和通讯 触摸屏的电源由PLC提供，为24V DC的直流电源3、系统的程序设计3．1 PLC程序设计 PLC的程序设计，除了使用到常用的S7一200PLC指令外，考虑到跟变频器通讯的报文格式，还需要使用到STEP 7-Micro／WIN指令库。STEP7-Mi cro／WIN指令库包括专门设计用于USS协议与变频器通讯的预配置了程序和中断例行程序，可以使用USS指令控制变频器和读取／写入变频器参数，使控制MicroMaster变频器的作业更加简便。 该控制系统的PLC程序实现的控制方式为扫描方式。程序按照流程图依次扫描。由于是采用USS的通信，为了防止连续的两个与变频通讯的指令互相干扰，需在每个指令发送完毕之后，延时一段时间。 PID的自整定：S700-2的PID自整定，是根据过程变量振荡的周期和幅度的变化，确定最终的频率和增益，并用它们来求出PID控制器的增益、积分时间常数和微分时间常数的最佳的推荐值。所以至少有一个PID回路的程序下载到PLC，并将PLC切换到运行模式，通过菜单中的“工具--PID调谐面板”命令，打开PID自整定控制面板；可以用屏幕左下方的单选框选择参数的当前值、推荐值或手动值，选择手动值可以手工修改参数；点击“Update PLC”按钮，将显示的参数传送到被监视的PID回路中；通过点击“Start Auto Tune”按钮用来启动和停止自整定过程。自整定的PID参数可能对于系统来说的并不是最佳的，还需要手动凭经验来进行整定。3．2触摸屏界面设计 总共包括首页界面、操作界面、设定界面、高级界面和PID界面。 首页界面：显示水泵电机的工作情况，如电压、电流、功率以及水压。 设定界面：可对水压类型以及变频器运行的极限频率等进行设定。 高级界面：可查询和修改变频器的参数。 PID界面：主要是显示PID的一系列参数，并可随时修改。 操作界面：可对水泵电机进行启停等控制。左上角有“启动”、“正常停止”和“快速停止”三个按钮，用来控制电机的启停。左下方的菜单可实时显示变频器输出的电压、电流和功率。界面中央清楚的显示变频器输出的频率，通过点击“自动”和“手动”可以选择让其是工作在设定频率，还是根摒PID控制。当电机和变频器正常运行的时候，显示“正常”状态，一旦出现故障，将报警，同时将变为“故障”状态。右侧显示当前的水压反馈值和设定的水压值，同时也可以直接根摒不同的工作情况，选择三种不同的水压类型。对右下角的菜单进行操作，可实现不同界面之间的切换。4、安装调试 电控柜先期已经根据图纸由电器柜工厂生产。利用水泥厂进行设备大修之际，把电控柜安装上去，试运行，检查电控柜是否能如预期的控制变频器，同时在供水管道中安装压力传感器，并将传感器跟PLC连接，测试是否能成功收到反馈信号。因无法得知满足生产要求的最低水压为多少，故要启动系统，进行试生产，经过多次试验，最终才能得到“水压类型”中的低中高三个档的压力值。利用PLC的PTD自整定功能，得出最佳的PTD参数。逐项对参数进行设置和测试，如频率的上下限等，保证可以通过触摸屏控制修改变频器的大部分参数。需要注意的是，温度对设备的影响，若控制室不是恒温的，需要给电控柜加装散热设备，不然外部环境过高的话，会造成变频器的保护关闭，使系统无法正常的运行。5、结论 在安装新系统前，记录原系统的五天的日耗电量，取平均值；在安装新系统后，同样记录新系统的五天的日耗电量，取平均值；计算得电量的消耗降低了19.7％。若剔除在同一个线路上的照明系统等用电器，实际的节能率应高于19.7％。而且由于使用的是触摸屏，不仅界面美观，查看所需参数一目了然，对系统的参数设置，亦很简便。此外，新系统在节能的同时，同时，新系统亦为以后的扩展预留了接口，以待性能更加完善。

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