進行閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)的研究與設(shè)計

引言

觸摸屏是一種新型可編程控制終端，是新一代高科技人機界面產(chǎn)品，適用于現(xiàn)場控制，可靠性高，編程簡單，使用維護方便。在工藝參數(shù)較多又需要人機交互時使用觸摸屏，可使整個生產(chǎn)的自動化控制的功能得到大大的加強。

PLC有著運算速度高、指令豐富、功能強大、可靠性高、使用方便、編程靈活、抗干擾能力強等特點。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各行業(yè)對其生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)的自動化程度要求越來越高，采用現(xiàn)代自動化控制技術(shù)對減輕勞動強度、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本起著很重要的作用。觸摸屏結(jié)合PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應(yīng)用是一種自動控制的趨勢。

觸摸屏和PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的使用，可以讓操作者在觸摸屏中直接設(shè)定目標值（壓力及溫度等），通過PLC與實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運算指令（模擬信號），調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。并可實時監(jiān)控到被控系統(tǒng)實際值的大小及變頻器內(nèi)的多個參數(shù)，實現(xiàn)報警、記錄等功能。一般PLC結(jié)合觸摸屏的閉環(huán)調(diào)節(jié)的變頻節(jié)能系統(tǒng)如下圖所示。

1、 閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)用途

各種場合的變頻節(jié)能系統(tǒng)的拖動方式及控制方式各有不同，具體應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)實際情況選擇設(shè)計。下面列舉一些：

中央空調(diào)節(jié)能：冷凍泵、冷卻泵、主機、卻塔風機、風機盤管等。

恒壓供水：水廠一、二級泵，供水管網(wǎng)增壓泵、大廈供水水泵等

鍋爐：引風機、送風機、給水泵等，變頻節(jié)能系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)預(yù)處理信號由鍋爐自動控制系統(tǒng)、DCS或多沖量控制系統(tǒng)給出。

汽輪機：循環(huán)泵、凝結(jié)泵等，其控制調(diào)節(jié)預(yù)處理信號由汽輪機自動控制系統(tǒng)及DCS給出。

純水處理系統(tǒng)：軟化水泵、增壓泵等。

潔凈室：增壓風機、FFU群控等等。

2、 整個閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)的組成設(shè)備及其作用：

（1）PLC選用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模塊、AI/AO模塊組成。PLC作為控制單元，是整個系統(tǒng)的控制核心。其主要的作用要體現(xiàn)以下幾方面：

①完成對系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。

②完成對整個系統(tǒng)的邏輯控制及PID調(diào)節(jié)的運算。

③向觸摸屏提供所采集及處理的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行觸摸屏發(fā)出的各種指令。

④將PID運算的數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率的控制信號。

⑤通過通信電纜及USS4協(xié)議完成對變頻器內(nèi)部參數(shù)讀寫及控制。

（2）觸摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下：

①可實時顯示設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

②通過觸摸向PLC發(fā)出指令和數(shù)據(jù)，再通過PLC完成對系統(tǒng)或設(shè)備的控制。

③可做成多幅多種監(jiān)控畫面，替代了傳統(tǒng)的電氣操作盤及顯示記錄儀表等，且功能更加強大。

（3）變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協(xié)議可由觸摸屏通過PLC設(shè)置其內(nèi)部的部分參數(shù)，根據(jù)PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)（模擬量）值調(diào)節(jié)水泵或風機的轉(zhuǎn)速，并將其內(nèi)部運行參數(shù)反饋到PLC。

（4）壓力、溫度等傳感器：將被控制系統(tǒng)（水系統(tǒng)或風系統(tǒng)）的實際參數(shù)值轉(zhuǎn)變成電信號上傳至PLC。

（5）電氣元件：給PLC、觸摸屏、變頻器及傳感器等供電，完成各種操作及驅(qū)動等。

3、 觸摸屏畫面設(shè)計

觸摸屏畫面由ProTool等專用軟件進行設(shè)計，然后先通過編程電腦調(diào)試，合格后再下載到觸摸屏。觸摸屏畫面總數(shù)應(yīng)在其存儲空間允許的范圍內(nèi)，各畫面之間盡量做到可相互及強制切換。

（1）主畫面的設(shè)計

一般的，可用歡迎畫面或被控系統(tǒng)的主系統(tǒng)畫面作為主畫面，該畫面可進入到各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。若是將被控主系統(tǒng)畫面作為主畫面，則應(yīng)在畫面中顯示被控系統(tǒng)的一些住要參數(shù)，以便在此畫面上對整個被控系統(tǒng)有大致的了結(jié)。

（2）控制畫面的設(shè)計

該種畫面主要用來控制被控設(shè)備的啟停及顯示變頻器內(nèi)部的參數(shù)，也可將變頻器參數(shù)的設(shè)定做在其中。該種畫面的數(shù)量在觸摸屏畫面中占的最多，其具體畫面數(shù)量由實際被控設(shè)備決定。

（3）參數(shù)設(shè)置頁面的設(shè)計

該畫面主要是對變頻器的內(nèi)部參數(shù)進行設(shè)定，同時還應(yīng)顯示參數(shù)設(shè)定完成的情況，實際制做時還應(yīng)考慮加密的問題。

（4）實時趨勢頁面的設(shè)計

該畫面住要是以曲線記錄的形式來顯示被控值、變頻器的主要工作參數(shù)（如輸出頻率）等的實時狀態(tài)。

（5）信息記錄頁面的設(shè)計

該畫面主要是記錄可能出現(xiàn)的設(shè)備損壞、過載、數(shù)值超范圍和系統(tǒng)急停等故障。另外該畫面還可記錄各設(shè)備啟停操作，作為憑證。

（6） 節(jié)能畫面的設(shè)計

該畫面主要是記錄和顯示變頻器的累積用電數(shù)及實時節(jié)電狀態(tài)，以便向用戶展示變頻節(jié)能的好處，也可用來與其它的節(jié)電測量作比較。

4、 PLC程序設(shè)計

PLC程序由S7-200專用編程軟件進行設(shè)計，然后通過編程電腦下載到PLC進行聯(lián)機調(diào)試，合格后即可使用。PLC在編程前應(yīng)先對各功能程序段的地址進行規(guī)劃，以免重復(fù)使用同一地址，造成誤動。

（1）邏輯功能的設(shè)計

這部分程序主要是完成各變頻器、水泵（或風機）的啟動停止、聯(lián)動、聯(lián)鎖及自動投切等等功能，一般在離線狀態(tài)下就能完成軟件邏輯功能的測試。

（2）PID功能的設(shè)計

通過S7-200中的PID向?qū)Э赏瓿蒔ID調(diào)節(jié)程序，具體應(yīng)用時需根據(jù)實際被控設(shè)備及采樣設(shè)備決定其配置。

（3）采樣程序的設(shè)計

采樣元件使用標準配置時，應(yīng)注意采樣A/D轉(zhuǎn)換后的具體數(shù)據(jù)是否與PID及顯示等程序配套，實際制做時還應(yīng)考慮采樣是多路且相關(guān)聯(lián)的情況。

（4）PLC與變頻器通信程序的設(shè)計

SIEMENS S7-200PLC與SIEMENS 430等變頻器的通信一般使用USS4協(xié)議程序來完成，該程序的主要目的是監(jiān)控變頻器的實時運行狀態(tài)。

（5）其它輔助程序的設(shè)計

PLC程序在實際編程過程中，需考慮對一些程序進行修補，盡量減少程序漏洞，反復(fù)推敲，不斷的總結(jié)完善。

結(jié)束語

在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中采用觸摸屏可以使用戶簡單直觀監(jiān)控整個中央空調(diào)變頻節(jié)能系統(tǒng)及與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)備和系統(tǒng)，提高了整個被控系統(tǒng)以及企業(yè)的自動化程度和硬件檔次。隨著微電腦技術(shù)的不斷發(fā)展，觸摸屏本身的成本也在不斷的降低，再與PLC在系統(tǒng)中使用，實現(xiàn)了整個被控系統(tǒng)自動化程度的質(zhì)的飛躍，這必將使觸摸屏與PLC被更多的應(yīng)用在未來的各種生產(chǎn)系統(tǒng)中，并成為自動化控制發(fā)展的一個亮點。