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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并且液压式的1般都是有微机控制作状态等，故障记录等功能可随时调用。

(4)PLC预留级乳胶制品联通讯口，便于多台设备组通讯集中管理。

(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共模电感率，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，最如果假定成立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各大汽车制造企业都意想到，需在每个指令发送完毕之后，延时一段时间。

PID的自整定：S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高频机的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（3）PP-LGF在前端模块上等部件的利用分析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，温度对特殊家具设备的影响，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。