劉 建
(廣東省技師學院,廣東 惠州516100)
污水處理廠加藥設(shè)備加藥流量顯示與實際不符,不便于設(shè)備的遠程監(jiān)控,設(shè)備不能滿足企業(yè)的要求,為此企業(yè)提出改造意愿。實地考察發(fā)現(xiàn),原控制方案通過流量計輸出4~20 m A的模擬電流(圖1),再用西門子最常用的模擬量擴展模塊EM235對模擬電流進行轉(zhuǎn)換。EM235有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出(圖2)。
圖1 轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)
圖2 EM235接線圖
從原理上分析,原方案沒有問題,應(yīng)該可以滿足企業(yè)對流量的監(jiān)控。但實際上相差很大,根本達不到要求。通過分析原方案與各個元件的參數(shù),流量計量程為1 L/s,但實際上管道的最大流量為0.1 L/s。流量計輸出模擬信號為4~20 m A,也就是說當管道實際流量達到1 L/s時,流量計才輸出20 m A的電流,現(xiàn)在實際流量只有不到0.1 L/s,流量計輸出的電流會很小,通過用儀表測量,輸出的電流不到6 m A。實際流量過小,量程過大,因此難以分辨出實際流量。另外,從流量計到EM235模塊有將近10 m的距離,加之電氣柜內(nèi)有3臺變頻器,這樣就造成了顯示流量與實際流量的誤差很大。
通過實地考察與分析,基本找到了流量顯示誤差大的原因,初步設(shè)想3種方案進行改造:
原設(shè)計思路通過流量計發(fā)出模擬信號4~20 m A,再用模擬量擴展模塊處理,最后在PLC程序里面運算得出流量。前面已經(jīng)分析出顯示誤差大的原因主要是流量計選擇不合理,量程太大,那么只能更換流量計,選擇量程比管道實際流量稍大的流量計,另外選擇帶屏蔽功能并且稍粗的導線作為信號線。如果延用原設(shè)計思路,缺點是需要更改流量計,這樣成本相當高,且需改動原管道,改造時間也比較長。另外,由于控制距離比較遠,精度也較難保證。
流量計具有 Modbus接口,支持標準 HART協(xié)議,配置HART手持器可在線顯示測量值,并可修改儀表參數(shù)。所以放棄原設(shè)計思路,PLC與流量計之間用通訊建立聯(lián)系,PLC直接讀取流量計流量。S7-200 PLC本身就具備通訊功能,流量計也具備通訊功能,因此該方案不需要增加任何硬件就可實現(xiàn)。但是手頭沒有流量計通訊協(xié)議,廠家也不肯提供詳細的參考資料。根據(jù)以往通訊的經(jīng)驗,沒有通訊協(xié)議,很難實現(xiàn)通訊。
通過查看流量計說明書,并結(jié)合圖1所示轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu),得知流量計具有脈沖輸出功能。流量計每流過一定體積的液體(脈沖當量)便輸出一個脈沖信號,而且脈沖當量可以設(shè)定。用PLC高速計數(shù)器對一定時間內(nèi)流量計的脈沖信號進行計數(shù),然后在PLC內(nèi)部對計數(shù)器數(shù)據(jù)進行處理,即可得出相應(yīng)時間里的平均流量。利用該方法所有硬件都不用更換,也無需增加任何硬件設(shè)備,只要確保PLC有2個以上輸入點的備用。通過現(xiàn)場查看,PLC還有6個輸入點的盈余。另外該方法利用的是開關(guān)信號,10 m的距離和變頻器都不會影響對脈沖信號的計數(shù),這就確保了計數(shù)的準確性,從而保證了流量數(shù)據(jù)的準確。
通過分析現(xiàn)場硬件、環(huán)境、資料等客觀條件,對比3種方案,用高速計數(shù)器計脈沖的方法最好,不用增加硬件,成本最小,且其使用的是開關(guān)信號,抗干擾能力最強,流量精度最能保證,最具可行性。
PLC高速計數(shù)器都是通過固定的輸入點輸入信號,通過查找西門子S7-200編程手冊,得到高速計數(shù)器輸入點,如表1所示。對流量計脈沖信號計數(shù),不需要內(nèi)、外部復位和方向信號,所以選用高速計數(shù)器HSC3或者HSC5都可以。HSC3和HSC5脈沖信號分別通過I0.1和I0.4輸入,通過查看控制柜原接線,I0.1和I0.4已經(jīng)被分配使用。但是I2.2和I2.7共6個輸入點沒有接線,未使用。將原來接在I0.1上的導線接到I2.2,然后下載控制柜內(nèi)PLC程序,通過PLC程序查找替換功能,將程序里面所有的I0.1更換為I2.2。這樣以前I0.1上的輸入信號就更換到I2.2上了,I0.1被空下來,可用于HSC3高速計數(shù)器輸入信號。I0.1上接流量計信號,如此就完成了硬件接線的工作。
表1 高速計數(shù)器的輸入點
將輸出功能由頻率輸出改為脈沖輸出,脈沖當量改為0.001 L/cp,即每流過0.001 L流量計輸出1個脈沖。這樣可以較好地保證精度,又不會違背流量計每秒最多輸出100個脈沖的原則。
先將原設(shè)備程序保存1份,在另外保存的程序后面增加3個網(wǎng)絡(luò),分別編寫PLC程序。運行調(diào)試,監(jiān)控PLC數(shù)據(jù)寄存里面的數(shù)據(jù),與流量計實際數(shù)據(jù)進行對比,只有最低位數(shù)據(jù)有一定的誤差及小數(shù)點位置不對。通過人機界面調(diào)整小數(shù)點位置,然后對比流量計與人機界面數(shù)據(jù),在允許的誤差范圍內(nèi)很好地滿足了顧客的要求。
經(jīng)過3天時間試用,高速計數(shù)器計脈沖的方法解決了原流量顯示與實際流量不相符的問題。本次改造提高了PLC的綜合應(yīng)用能力,并使有關(guān)人員認識到,解決問題的方法多種多樣,要根據(jù)現(xiàn)場具體情況具體分析,本著成本最低、改動最小、耗時最短的原則解決實際問題。
[1]西門子S7-200編程手冊