西門子模塊6SL3055-0AA00-5AA0

單機(jī)額定功率75kW，一開(kāi)一備運(yùn)行方式,，而在實(shí)際生產(chǎn)中只需大約45kW輸出功率,。壓縮機(jī)在低于額定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)載率較低,，而且其風(fēng)壓與流量大小要靠手動(dòng)閥調(diào)節(jié),，操作困難，也浪費(fèi)大量電能,。為此,，考慮采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造，用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和各種控制功能,。運(yùn)行實(shí)踐證明,，該方案穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效果明顯,。
　　
    一 工藝要求
　　
    (1)正常生產(chǎn)過(guò)程中,，2臺(tái)壓縮機(jī)應(yīng)至少有1臺(tái)運(yùn)行，即使在相互切換時(shí),，也不允許發(fā)生兩臺(tái)機(jī)器全部停止的現(xiàn)象,。
   
    (2)保持壓縮機(jī)出口壓力在預(yù)定值上。
   
    (3)能實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析,，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性檢修,。
　　
    二 系統(tǒng)控制原理
　　
    (1)工藝專業(yè)設(shè)定壓縮機(jī)管網(wǎng)正常出口壓力為P1,，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定壓力為P2，根據(jù)ΔP(=P2-P1)值大小由PLC內(nèi)PID功能模塊進(jìn)行PID運(yùn)算,，控制變頻器來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,，達(dá)到所要求的壓力。當(dāng)ΔP＞0時(shí),，現(xiàn)場(chǎng)壓力偏高,，則提高變頻器輸出頻率，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快,，提高實(shí)際風(fēng)壓,；當(dāng)ΔP＜0時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)壓力偏低,，則使轉(zhuǎn)速降低,，ΔP減小。這樣不斷調(diào)整,，使ΔP趨于0,，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力在設(shè)定壓力附近波動(dòng)，保證壓力穩(wěn)定,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1,。

    (2)壓縮機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，造成各部件間隙變大,，這樣引起的振動(dòng)會(huì)越來(lái)越大,，容易造成壓縮機(jī)各部件的損壞。由PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)情況進(jìn)行判斷分析,，可提前對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行計(jì)劃性維護(hù)保養(yǎng),，這樣可大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性,，減少設(shè)備故障引起的非計(jì)劃性停車,。
　　
    三 設(shè)計(jì)方案
　　
    該方案主要由1臺(tái)Siemens ECO1-7500/3變頻器、1臺(tái)S7-200型PLC(CPU215/216,，配套EM235擴(kuò)展模塊)以及接觸器,、操作按鈕、1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器和2臺(tái)振動(dòng)測(cè)量裝置(振動(dòng)變送器)組成,，用PLC實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)出口壓力單回路閉環(huán)PID控制以及壓縮機(jī)起動(dòng),、停止、切換,、故障處理等各種電氣控制功能,，由振動(dòng)變送器對(duì)壓縮機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控分析，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)維修。主回路如圖2,。

    
    (1)PID運(yùn)算功能的實(shí)現(xiàn)
    S7-200系列中CPU215/216具有32位浮點(diǎn)運(yùn)算指令和內(nèi)置PID調(diào)節(jié)運(yùn)算指令等特殊功能,。使用時(shí)，只需在PLC內(nèi)存中填寫1張PID控制參數(shù)表(見(jiàn)下表),，再執(zhí)行指令：PID TABLE, LOOP,，即可完成PID運(yùn)算。其中操作數(shù)TABLE使用變量存儲(chǔ)器VBx,，用來(lái)指明控制環(huán)的起始地址,；操作數(shù)LOOP是控制環(huán)號(hào)(常數(shù)，0～7),。編號(hào)為2,、4、5,、6、7的參數(shù)固定不變,，可在PLC主程序中設(shè)定,；編號(hào)為1、3,、8,、9的參數(shù)具有實(shí)時(shí)性，須在調(diào)用PID指令時(shí)填入,。

　　
    由于S7-200輸入和輸出為開(kāi)關(guān)量,，而變頻器、壓力變送器和振動(dòng)變送器的信號(hào)為模擬量,，因此EM235模塊要實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換,。一個(gè)EM235模塊可同時(shí)擴(kuò)展3路模擬量輸入通道(接1路壓力信號(hào)，2路振動(dòng)信號(hào))和1路模擬量輸出通道(接至變頻器),。
　　
    (2)起動(dòng)
    M1和M2各有兩種起動(dòng)方式,，可通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇變頻/工頻起動(dòng)方式。
　　
    (3)運(yùn)行
    正常情況下,，電動(dòng)機(jī)M1處于變頻調(diào)速狀態(tài),，電動(dòng)機(jī)M2處于停機(jī)備用狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口壓力(4～20mA模擬量信號(hào)),，并與預(yù)定值相比較,，經(jīng)PLC內(nèi)部專用PID指令進(jìn)行運(yùn)算，得到變頻器所需頻率信號(hào),，自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,，達(dá)到所需管網(wǎng)壓力。
　　
    (4)停止
    按下“停止按鈕"，PLC控制所有接觸器斷開(kāi),，變頻器停止工作,。
　　
    (5)切換
    當(dāng)需從電動(dòng)機(jī)M1切換到M2時(shí)，接觸器KM2斷開(kāi),，KM1閉合,，此時(shí)電動(dòng)機(jī)M1工作在工頻下，在變頻器停止后,，KM4閉合,，變頻器重新起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)M2在變頻器驅(qū)動(dòng)下起動(dòng),；起動(dòng)后,，KM1斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M1停止,，切換操作結(jié)束,。電動(dòng)機(jī)M2切換到M1過(guò)程類似。
　　
    (6)報(bào)警及故障自診斷
    通過(guò)PLC內(nèi)部程序設(shè)定報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù),，一旦出現(xiàn)故障立即停止相應(yīng)操作并報(bào)警,。對(duì)于故障自診斷功能，考慮到成本問(wèn)題,，未設(shè)計(jì)上位機(jī),，只設(shè)置相應(yīng)故障代碼，通過(guò)4位數(shù)碼管顯示,，使維修人員可根據(jù)故障信息方便查找到故障點(diǎn),。如：(a)壓縮機(jī)油壓低、水壓低等故障信號(hào),，可由現(xiàn)場(chǎng)防爆電接點(diǎn)壓力表測(cè)得,，直接送至PLC，由PLC控制實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和延時(shí)停車,；(b)增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)傳感器,，并將信號(hào)送至PLC,，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行顯示和診斷,。
　　
    四 幾點(diǎn)體會(huì)和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
　　
    (1)采用變頻控制后，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的軟起動(dòng),，減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊,；節(jié)電效果明顯，1年內(nèi)可回收全部投資,。
　　
    (2)采用PLC后,，組成閉環(huán)自控系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠,。
　　
    (3)變頻器,、PLC、接觸器等可安裝在一臺(tái)控制柜內(nèi),，可就地或遠(yuǎn)控操作,，方式簡(jiǎn)單靈活。
　　
    (4)系統(tǒng)可擴(kuò)展性較好,。若有多臺(tái)壓縮機(jī)在變頻/工頻供電方式下運(yùn)行時(shí),，只需將增加信息或信號(hào)引至PLC，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制,；若生產(chǎn)需要,，本系統(tǒng)也可方便接入DCS或上位機(jī)，建立人機(jī)界面的監(jiān)控系統(tǒng)等,。
　　
    (5)預(yù)測(cè)性維護(hù)檢修可大大延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命,，提高可靠性，減少停車損失,，降低運(yùn)行費(fèi)用,。
　　
    (6)PLC控制電動(dòng)機(jī)在變頻/工頻供電方式下切換時(shí)，須保證各接觸器閉合和斷開(kāi)順序以及足夠的延時(shí),，以防止電動(dòng)機(jī)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加載到變頻器的輸出逆變橋上，造成損壞,。
　　
    (7)PLC須實(shí)現(xiàn)KM2和KM4間的互鎖,，以防止2臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)變頻起動(dòng)，使變頻器因過(guò)載而損壞,。
　　
    (8)因2臺(tái)電動(dòng)機(jī)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)分別在工頻和變頻下同時(shí)運(yùn)行,，故變頻控制柜的總電源開(kāi)關(guān)需按2臺(tái)電動(dòng)機(jī)負(fù)載量考慮

西門子模塊6SL3055-0AA00-5AA0

一 PLC與輸入元件的連接

　　PLC常見(jiàn)的輸入元件有按鈕、行程開(kāi)關(guān),、接近開(kāi)關(guān),、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、撥碼器,、各種傳感器等,，輸出設(shè)備有繼電器、接觸器,、電磁閥等,。正確地連接輸入和輸出電路，是保證PLC安全可靠工作的前提,。

　　1 與主令電器元件連接

　　如下圖所示是與按鈕,、行程開(kāi)關(guān),、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等主令電器類輸入設(shè)備的接線示意圖。圖中的PLC為直流匯點(diǎn)式輸入,，即所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端COM,，同時(shí)COM端內(nèi)帶有DC24V電源。若是分組式輸入,，也可參照下圖的方法進(jìn)行分組連接,。

　　2與旋轉(zhuǎn)編碼器連接

　　旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，它將被測(cè)的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（高速脈沖信號(hào)）,。因些可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC,，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得測(cè)量結(jié)果,。不同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器,，其輸出脈沖的相數(shù)也不同，有的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A,、B,、Z三相脈沖，有的只有A,、B相兩相,，簡(jiǎn)單的只有A相。

　　如上圖所示是輸出兩相脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器與FX系列PLC的連接示意圖,。編碼器有4條引線,，其中2條是脈沖輸出線，1條是COM端線,，1條是電源線,。編碼器的電源可以是外接電源，也可直接使用PLC的DC24V電源,。電源“-"端要與編碼器的COM端連接,，“+"與編碼器的電源端連接。編碼器的COM端與PLC輸入COM端連接，A、B兩相脈沖輸出線直接與PLC的輸入端連接,，連接時(shí)要注意PLC輸入的響應(yīng)時(shí)間,。有的旋轉(zhuǎn)編碼器還有一條屏蔽線，使用時(shí)要將屏蔽線接地。

　　3與傳感器連接

　　傳感器的種類很多，其輸出方式也各不相同。當(dāng)采用接近開(kāi)關(guān),、光電開(kāi)關(guān)等兩線式傳感器時(shí)，由于傳感器的漏電流較大,，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的輸入信號(hào)而導(dǎo)致PLC的誤動(dòng)作,，此時(shí)可在PLC輸入端并聯(lián)旁路電阻Ｒ,，如下圖所示。當(dāng)漏電流不足lmA時(shí)可以不考慮其影響,。

　　式中：I為傳感器的漏電流（mA）,，UOFF為PLC輸入電壓低電平的上限值（V），RC為PLC的輸入阻抗（KΩ）,，RC的值根據(jù)輸入點(diǎn)不同有差異,。