采用PLC和BANG—BANG調(diào)節(jié)器實現(xiàn)水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計

作者：李曉竹,趙志廣,孟慶鑄

目前，交流調(diào)速技術(shù)在節(jié)能方面已獲得了廣泛的應(yīng)用，把一些原有的恒速交流電力傳動系統(tǒng)改造成為轉(zhuǎn)速可調(diào)的交流調(diào)速系統(tǒng)，可以取得明顯的節(jié)電效果。因此，交流調(diào)速已成為節(jié)能方面的一項關(guān)鍵技術(shù)，它在工業(yè)中的應(yīng)用將有廣闊的前景。本文介紹一下阜新自來水公司在電氣改造方面的情況。

1 水塔水位系統(tǒng)控制示意圖（如圖1）

（1）系統(tǒng)控制要求

如圖1所示水塔水位系統(tǒng)控制框圖是模擬現(xiàn)代生活中對水量的要求下，在對供應(yīng)水的同時，對節(jié)水節(jié)能也有嚴(yán)格的要求之下，對水位的控制將有一定要求，所以采用通用變頻器來驅(qū)動水泵電機，對水位的不同要求決定供電頻率的不同，從而決定進(jìn)水量的不同。在安全控制水位的前提下，系統(tǒng)還有一些必要的要求：液位顯示、超液位報警、液位變化曲線打印等。

（2）系統(tǒng)控制方案

該控制系統(tǒng)的被控對象是水塔的水位，而水位這個被控對象的特點是非線性、大慣性，所以沒有采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，而是采用了BANG—BANG控制調(diào)節(jié)器來對變頻器進(jìn)行時實控制。

如圖2所示，由PLC組成BANG—BANG調(diào)節(jié)器，PLC是該控制系統(tǒng)的核心。它不僅要完成控制任務(wù)，還要完成改變頻率的功能。而8031單片機在這里起液位顯示、曲線打印以及報警等功能。

2 PLC與通用變頻器的接口技術(shù)

該系統(tǒng)的PLC采用的是德國西門子公司的s7—200PLC，共可配置5塊I／O模塊，每個模塊上共有8個點，能夠滿足設(shè)計需要。通用變頻器采用SAMCO—i系列中的IF一2．2K型號。變頻器的給定頻率通過面板給定，由PLC的輸出端子進(jìn)行控制，如圖3所示。

接口設(shè)計中的一些注意事項如下：

（1）根據(jù)不同頻率的要求決定變頻器端子FR、2DF、3DF與PLC輸出端子的連接方法。由表1可知有25Hz、35Hz、45Hz，50Hz4種頻率。由PLC的輸出信號對變頻器相應(yīng)端子進(jìn)行組合，以產(chǎn)生上述4種頻率。

（2）本例中PLC采用晶體管直流輸出模塊。由于這種無觸點開關(guān)電路的輸出級為光耦合器，其電源和變頻器內(nèi)部控制電路的電源間互相隔離，故無需外接其它裝置便可確保不會發(fā)生誤動作。

（3）將變頻器的異常報警信號輸出端接至PLC的輸入端子，以隨時通過PLC對變頻器的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控。

3 PLC程序設(shè)計

本系統(tǒng)中PLC程序設(shè)計采取常用的順序控制設(shè)計法（功能表圖設(shè)計法）。首先作出功能表圖，然后列寫現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表，最后由邏輯表達(dá)式作出梯形圖在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計中，應(yīng)特別注意以下3個方面的問題：

（1）當(dāng)PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器時，應(yīng)另外作出如表2所示的調(diào)節(jié)器I／O編號對照表，并按照PLC與變頻器的I／O接口位置明確相互間的連接關(guān)系。

（2）在一般的功能表圖設(shè)計中，各工步的狀態(tài)是唯一的，并且事先是已知的，故只需根據(jù)切換條件便可寫出各工步邏輯表達(dá)式。但在本系統(tǒng)中，有的工步只有唯一的狀態(tài)（如水位低于SQ1），有的工步卻需要從4種狀態(tài)中進(jìn)行選擇（如水位從SQ1上升至SQ2的過程中），而選擇的依據(jù)則是上一工步的頻率以及本工步的執(zhí)行時間。因此，需要對一般的功能表圖進(jìn)行修改，在工步中加入分支選擇，從而寫出正確的邏輯表達(dá)式和梯形圖。圖4是針對水位由SQ1上升至SQ2這一工作過程而作的功能表圖。結(jié)合I／O對照表便可進(jìn)一步得部分梯形圖（圖略）。

（3）通過上面的分析可知，某一工步的執(zhí)行時間是決定該工步工作狀態(tài)的重要因素之一，而不同的定時時間是通過若干定時器串聯(lián)實現(xiàn)的。定時器的串聯(lián)不只是為了增加定時時間，更重要的是把串聯(lián)中各個定時器的工作切換作為該工步選擇不同頻率的控。

4 結(jié)束語

通過這次控制系統(tǒng)的改造，為阜新自來水公司節(jié)能30％左右，達(dá)到了預(yù)定節(jié)能的目標(biāo)。

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