PLC变频调速系统应用研究

1、PLC 变频调速系统应用研究杜清珍 赵训坡西北工业大学 李洋杭州娃哈哈集团公司工程部 发帖人 : 一、前言随着信息时代的高速开展，环保、节水、节能已不再是区域性话题。据国家有关部门统计，交流电动机、泵类负载占全国耗电量的40%，所以量大面广的泵类机械是我国节能的重点领域之一。随着环保问题的日益深入人心，各大城市正在逐渐将原来的分散供暖方式变为集中供 暖方式。由单片机与继电器等所组成的控制系统寿命短、系统故障率高，势必被一种能够把计算机的简单功能以及灵活、通用性等优点集一 体的装置所代替。当前 PLC 已经成为电气控制系统中应用最为广泛的核心装置。它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定

2、时的 闭环控制功能，并且可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，在恶劣环境下长时间、不间断的运行，且编程简单，维护方便 ，并配有各类通讯 接口与模块处理，可方便各级连接。二、方案选取在室内供暖时，为了使暖气管道中没有空气，就必须使管道中的水保持一定的压力，否那么供暖系统不能正常工作。我们选用PLC ，配以不同功能的传感器，根据管道中的压力，通过变频器控制泵组的转速，使管道中的压力始终保持在适宜的范围，并配上过电流、过电压、过 载、断水超压设定的保护装置。系统中有两套相同的装置，实现一供一备。另外， PLC 通过扩展的 I/O 接口实现监测、控制和通讯等功能。三、控制原理本系统为 PLC 实时设备监控

3、系统。对 20台循环水泵、 16台定压补水泵进行 PLC 的定时起停控制，包括主备泵循环水泵、定压补水泵 的定时切换、水泵前端的水流信号检测和报警，水泵过载短路故障报警。上述 36台水泵的电器控制和保护装置分别安装在 7 面柜中，下面详细表达第一面柜中的控制功能和初步元件选型。其余各柜功能原理同 第一面柜。第一面配电柜控制对象包括两台2.2 kW定压补水泵和3台循环水泵。补水泵工作方式为一用一设定的压力值比拟后进行PID调节输出，驱动定压补水泵工作。 PLC 那么根据时间进行两台泵的切换，具体过程为先使变频器软停车、接到变频器停车结束信号后断开当前工作水泵的 接触器，同时对备用水泵的接触器进行

4、接通操作，继而启动变频器，完成主备用泵的切换工作。其切换时间可根据需要进行设定使用编程 器或手提电脑对 PLC 内原设定的切换时间参数进行修改。两台泵的接触器进行电器互锁。 PLC 检测所有接触器的开关状态。因为变频器具有短路、过载等保护功能，所以当当前变频器所驱动的水泵发生上述故障时变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号。PLC对这些报警信号进行检测，而后进行备用水泵的投入。具体过程为PLC检测到报警信号后首先断开当前水泵的接触器，后对变频器复位，然后接通备用水泵的接触器，启动变频器运行备用水泵。同时输出该泵故障报警信号。本柜中另外包括3台30 kW循环水泵，工作方式为两用

5、一备，由PLC根据时间进行3台水泵的轮换工作切换。由于循环水泵未采用变频器控制，因此 PLC 只需要对 3 台水泵的接触器进行按时的断开接通操作即可。电器保护元件采用GV3、GV2 马达保护开关。该马达保护开关具有脱扣指示功能，当水泵发生短路、过载等情况时马达保护器进行脱扣保护并输出报警信号，PLC 检测到该信号后切断该泵的接触器并将备用水泵的接触器接通，运行备用泵。同时发出故障水泵的报警指示。PLC 同时检测所有水泵接触器的开关状态。所有循环水泵的出水口均安装有水流传感器， PLC 检测该水流传感器的输出信号，以判断该水泵启动后是否有水流输出、并进行工作正 常指示或不正常报警指示。两台定压补

6、水泵公用一个水流传感器，工作原理同上。本系统有假设干电动调节阀，其配电由控制柜供应、其运行控制由安装于控制柜外表的仪表气候补偿器控制。PLC将对其供电回路控制。当该电动调节阀对应的某个或某几个循环水泵关闭或故障时，该电动调节阀将不能够开启。系统设置手动自动控制转换选择开关。 PLC 将对该开关的状态实时检测，中选择手动功能时， PLC 只进行信号的检测、故障报警和与电 动阀的电源回路联锁。所有水泵的开关和切换、变频器的启动停车均由安装于控制柜面板的手动按钮控制。中选择自动状态时所有控制、报 警交由 PLC 完成。系统的总体示意图如图 31所示沿用户供用户円水賂剛户俱1?=11圈3 I系统总体不

7、盘图世乐补灵TI拾用户供四、系统硬件1系统结构框图PLC不仅要控制循环水泵的起停，还要间接控制定压补水泵的起停工作和报警输岀。下面就一个换热站的结构进行说明，其它几个换热站的结构根本类同。假设 P1、P2、P3为3台循环水泵，P4、P5为2台定压补水泵，P6为PLC的报警输出，那么换热站各硬件的连接如图4 1所示。各电繇保护佶号关信号 各儒整富倍号PLC輸入信号wrtbffi 号VVVF*PlP2P3P6P5压力传熬器信号图41系统规件连接紙隆I2、各硬件的工作说明除各传感器外，其它各硬件均安装在一个配电柜中1变频器 每面柜定压泵都由变频器直接控制，变频器装在控制柜内，两台定压水泵公用一台变频

8、器，两泵电器互锁。变频器的起停控制分为手动和 PLC 控制。变频器输入有一路压力传感器信号反应量，一路电位器信号参考量，三路开关量两路起停信号和一路复位信号。 有两路输出信号 一路故障保护报警信号、低于 5Hz 运行信号 。变频器的停车均为软停车，手动控制时柜面设有两个停止按钮，一个为接触器 的分断按钮，一个为变频器的软停车按钮。需要注意的是因为变频器的停车均设为软停车,所以手动停车时应该先按软停车按钮，软停车结束后再断开接触器这一段时间由实际情况而定。变频器的故障复位信号也设有手动和自动两路输入。2补偿器每面柜有一套气候补偿器，要求配电N = 250 W 230 VAC ,其输入由外接传感器

9、输入，输出控制电动调节阀。气候补偿器为柜面安装，包括传感器输入和控制输出在内共需要 27 个二次端子。气候补偿器具有报警功能，配电柜上留有报警灯。 3水流开关水流开关用于检测水泵启动后管路内是否有水流通过，假设泵运行为两用一备那么每台泵前端安装一个水流传感器、共计3 个。或一用一备那么两台泵共计安装一个水流传感器。具体工作过程为： PLC 启动某台泵后，经过一定的延时 此延时可以根据经验设定 ， PLC 将检测该泵的水 流传感器输出信号，假设该信号指示无水流动那么 PLC 判定该水泵故障，产生故障报警信号、同时将该水泵断电并将该泵的备用泵投入运行。当管路压力趋于设定值，变频器工作频率很低，此时

10、水泵的转速非常低，水流开关亦有可能发出无水流信号。这种情况并非故障，PLC将通过检测变频器的低频输出信号来区别低于 5 Hz 时变频器输出一路信号。4自动切换正常情况下水泵 24 小时进行自动切换，运行备用泵。5手动自动选择开关每面柜均设有一个手动 /自动转换开关，该转换开关为一个三位选择开关，安装于二次控制回路中。1位为选择自动， 2位为选择手动， 0位为断电悬空。选 1 位时手动按钮断电，手动 /自动指示断电器吸合， PLC 检测该继电器状态，执行自动控制程序，由 PLC 控制所有水泵的起停和切换、 包括变频器的起停和报警。选择 2 位为手动，此时手动 /自动指示继电器断开， PLC 检测

11、该继电器的状态 ,执行手动程序。 PLC 只进行检测报警。此时所有柜面控制按 钮由人工通过柜面上的按钮和开关进行水泵的起停和切换、包括变频器的起停。需要注意的是在手动状态下PLC 仍处于工作状态。选择 0 位为悬空状态，此时手动控制局部的柜面按钮电路被切断，不能控制设备。手动自动指示继电器断开。那么 PLC 此时检测到的信号与选择手动时一样，那么 PLC 执行手动程序。进行故障报警。6补水电磁阀补水电磁阀每面柜有一个补水电磁阀，要求配电N= 100 W 220 VAC 7号柜为2个，电磁阀由相应补水箱内的浮球开关来控制。补水箱内有两个浮球开关，一个处于高位、一个处于底位。通过二者在不同水位的不

12、同的继电器接点输出，通过中间继电器来控制电磁阀的起停 和进行超底水位报警。本套装置亦设有手动开关电磁阀的按钮，安装与柜面。通过一个两位的选择开关与浮球控制相切换。选择手动时亦有 超低水位报警功能。五、系统软件系统PLC软件采用模块化编程，由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警输岀模块等组成。1手动运行模块按系统的要求，在系统处于手动运行时，PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号，并由此判断各工作水泵的运行状态，在岀现故障的情况下，输岀报警信号。图 5 1是此模块的程序流程图。故障谁斷与图51手动运行时程字流禅圈2、自动运行模块按系统的要求，在系统处于自动运行时，PLC要完成的工作有：接收各电路保护信号；接收各传感器信号；定时按顺序对工作水泵和备用水泵进行切换；在岀现故障的情况下，输岀报警信号。图52是此模块的程序流程图。損匕一 2自讪运行时程徉洗程對3、故障诊断与报警输出模块在故障诊断与报警输岀模块中，程序通过接收到的电路保护信号和传感器信号，根据一定的条件得岀诊断结果。如果没有故障，那么程序 继续执行；如果有故障，那么输岀报警信号，通知工作人员进行处理。具体的故障