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PLC在國產(chǎn)高壓大功率變頻器中的運用

作者:永宏P(guān)LC | 2024-11-8

1、引言

    在國產(chǎn)高壓變頻器的設(shè)計中,為了提高高壓變頻器內(nèi)部控制的靈活性以及在現(xiàn)場應(yīng)用的可擴(kuò)展性,通常在高壓變頻器中內(nèi)置PLC。自從20世紀(jì)70年代第一臺PLC誕生以來,PLC的應(yīng)用越來越廣泛、功能越來越完善,除了具有強(qiáng)大的邏輯控制功能外還具其他擴(kuò)展功能:A/D和D/A轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)回路控制、高速記數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制及特殊功能函數(shù)運算等功能,并可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示、報警、記錄、人機(jī)對話,使其控制水平大大提高。

    本文以廣州智光電機(jī)有限公司為攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵有限公司污水處理廠設(shè)計生產(chǎn)的國產(chǎn)高壓變頻器ZINVERT-H800/B10為例,介紹了三菱PLC在高壓變頻器控制系統(tǒng)中的運用。 

    2、廣州智光電機(jī)高壓變頻器簡介

    廣州智光電機(jī)有限公司推出的新一代高性能ZINVERT系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為直接高-高型變頻調(diào)速系統(tǒng),通過直接調(diào)節(jié)接入高壓電機(jī)定子繞組的電源頻率和電壓來實現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)從而達(dá)到節(jié)能的目的。它是集大功率電力電子控制技術(shù)、微電子技術(shù)、高速光纖通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)和高電壓技術(shù)等多學(xué)科為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用主流高性能專用雙DSP控制系統(tǒng)和大規(guī)模集成電路設(shè)計,通過精確的數(shù)字移相技術(shù)和波形控制技術(shù)實現(xiàn)了高壓電機(jī)的靈活調(diào)節(jié)和能耗控制。

    3、PLC在國產(chǎn)高壓變頻器中的設(shè)計使用

    3.1 PLC主要邏輯控制

    (1)用戶要求高壓變頻器在出現(xiàn)故障停機(jī)時能快速自動切換到工頻旁路運行,筆者給高壓變頻器專門配置了可以實現(xiàn)自動旁路功能的旁路柜,如圖1所示,K1~K4為手動操作刀閘,J1~J3為高壓真空接觸器。在變頻器發(fā)生故障時,旁路柜可以在幾秒內(nèi)完成從變頻到工頻的轉(zhuǎn)換;而變頻器在工頻運行時,通過1個按鈕就可以實現(xiàn)變頻器從工頻到變頻的轉(zhuǎn)換。這樣的控制要求增加了變頻器整機(jī)控制邏輯的復(fù)雜性。

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圖1 自動旁路柜

    自動旁路柜控制邏輯簡要介紹如下:

    變頻調(diào)速系統(tǒng)退出變頻轉(zhuǎn)工頻運行有兩種方式,一種是自動方式,一種是手動方式,選擇自動方式時,當(dāng)變頻器發(fā)生停機(jī)故障時變頻器自動從變頻轉(zhuǎn)工頻;選擇手動方式時則需人工操作。

    變頻調(diào)速系統(tǒng)退出工頻轉(zhuǎn)變頻運行也有兩種方式,一種是自動方式,一種是手動方式,選擇自動方式時,只需在控制柜上按一個按鈕,變頻器就自動完成從工頻轉(zhuǎn)變頻;選擇手動方式時則需人工操作.

    (2)PLC控制系統(tǒng)原理圖

    PLC主機(jī)選用輸入輸出點數(shù)48點,型號為FX2N-48MR,PLC作為系統(tǒng)邏輯量控制的控制核心,在自動旁路柜的邏輯關(guān)系控制中起著至關(guān)重要的作用。PLC控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

[img]20078717102612416.gif[/img]圖2 PLC控制系統(tǒng)原理圖 

    旁路柜的邏輯控制要求比較復(fù)雜,采用PLC控制,接線簡單,提高了可靠性;旁路柜的邏輯更改也變得很簡單,只需修改PLC梯形圖程序就可以了,很方便滿足用戶現(xiàn)場的控制要求。

    (3)PLC功能指令實現(xiàn)高壓變頻器PID閉環(huán)控制

    用戶現(xiàn)場對變頻器閉環(huán)控制提出的要求是:變頻器能夠根據(jù)用戶系統(tǒng)用水量的變化,自動調(diào)整變頻泵的轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)管網(wǎng)恒壓供水;同時還可以在液晶屏上設(shè)定壓力目標(biāo)值。

    針對用戶的要求,PLC另外配置了模擬特殊模塊FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD為模擬輸入模塊,有四個輸入通道,****分辨力12位,模擬值輸入范圍為-10V~10V或者4~20mA;FX2N-2DA為模擬輸出模塊,有2個輸出通道,****分辨力12位,模擬值輸出值范圍為-10V到10V或者4到20 mA。這樣通過讀取指令(FROM)和寫入指令(TO),以及PLC帶有的PID閉環(huán)控制功能指令(如圖3所示),就可以實現(xiàn)對用戶現(xiàn)場的管網(wǎng)水壓進(jìn)行PID閉環(huán)控制。

[img]20078717103657092.gif[/img]圖3 帶有的PID閉環(huán)控制功能指令的PLC 程序   

    其具體編程過程是這樣:PLC讀取指令(FROM)讀取用戶水壓反饋值,把反饋值用移動指令(MOV)存入PID指令中的D12數(shù)據(jù)地址里; 把用戶的水壓設(shè)定值用移動指令(MOV)存入PID指令中的D10數(shù)據(jù)地址里;D200~D222保存PID的運行參數(shù);D14為PID指令的運算值輸出,通過PLC的寫入指令(TO)把PID閉環(huán)運算結(jié)果D14寫入模擬輸出模塊,再通過模擬輸出模塊轉(zhuǎn)換成-10V~10V或者4~20mA的模擬信號送入高壓變頻器控制器進(jìn)行頻率設(shè)定。

    在進(jìn)行PID運行參數(shù)設(shè)置時,P、I、D的參數(shù)設(shè)定尤其重要,其設(shè)定的好壞直接關(guān)系到管網(wǎng)水壓控制的好壞。P表示比例增益,設(shè)定范圍為0~99(%),比例調(diào)節(jié)設(shè)定大,系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大的比例增益,會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定;I表示積分時間,設(shè)定范圍為0~32767(*100ms),積分時間越小,積分作用就越強(qiáng),反之I越大則積分作用弱;D表示微分時間,設(shè)定范圍為0~32767(*10ms),微分調(diào)節(jié)有超前的控制作用,合適的微分時間能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。

    攀鋼污水處理廠供水管網(wǎng)比較龐大,管網(wǎng)水壓對水泵轉(zhuǎn)速的變化響應(yīng)比較緩慢, 因此PID的計算速度不能過快,即比例調(diào)節(jié)不能過快,否則如果管網(wǎng)水壓突然變化大時,變頻器的調(diào)節(jié)容易形成較長時間的振蕩。根據(jù)這一情況,如圖3所示,可以在PLC控制程序中加入PID間隔計算時間    (T0)以及PID運算死區(qū)(M0),這樣就可以把PID的計算速度調(diào)節(jié)至與管網(wǎng)水壓變化速度相一致,避免管網(wǎng)水壓震蕩。

    (4)PLC功能指令實現(xiàn)PLC與變頻器上位機(jī)通信

    為了使變頻器上位機(jī)能對PLC進(jìn)行顯示、報警及記錄,PLC還配置了通信模塊FX2N-232BD,實現(xiàn)與變頻器上位機(jī)的串口通信,通信編程指令如圖4所示。

[img]20078717104942134.gif[/img]
    PLC RS232串口通信可使用無協(xié)議(RS指令)或?qū)S脜f(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信,本例中使用無協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信,如圖四所示:D8120用于設(shè)定PLC通信格式,D50表示發(fā)送起始地址,K60表示發(fā)送字節(jié)數(shù)量,D150表示接收起始地址,K20表示接收字節(jié)數(shù)量。 

    4、結(jié)束語

    高壓變頻器自動旁路柜采用PLC進(jìn)行旁路邏輯控制,通過在攀鋼污水處理廠運行的智光高壓變頻器模擬故障說明,高壓變頻器自動旁路柜在從變頻轉(zhuǎn)工頻,工頻轉(zhuǎn)變頻的相互切換非常方便,能在10s以內(nèi)完成,大大提高了水泵運行的可靠性。現(xiàn)場PID閉環(huán)控制效果非常理想,水壓波動非常小,波動在超過0.1kg時,變頻器能迅速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,把水壓控制在設(shè)定范圍內(nèi),調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時不會產(chǎn)生任何振蕩。

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