PLC论文|PLC变频调速系统应用研究

【关键词】可编程控制器,变频调速,VVVF,供暖系统

【摘要】本文介绍了变频调速供暖系统的原理，重点介绍了PLC控制系统的结构特点，以及系统硬件和软件设计方法。

1 前言　　
　　随着信息时代的高速发展，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。
2 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，否则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合适的范围，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。
3 控制原理　　
　　本系统为PLC实时设备监控系统。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，下面详细叙述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较后进行PID调节输出，驱动定压补水泵工作。PLC则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。两台定压补水泵公用一个水流传感器，工作原理同上。
　　本系统有若干电动调节阀，其配电由控制柜供给、其运行控制由安装于控制柜表面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，当选择手动功能时，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。当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3—1所示。
        
4 系统硬件
4.1 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出 。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基本类同。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，则换热站各硬件的连接如图4—1所示。