白雪松

摘 要：介紹了某消防訓(xùn)練系統(tǒng)中恒壓供油系統(tǒng)。系統(tǒng)采用西門子可編程控制器（PLC）作為中央控制單元，利用西門子變頻器進(jìn)行壓力PID調(diào)節(jié)。給出了系統(tǒng)控制原理圖，硬件電路圖，PLC的軟件編程，并介紹了變頻器的參數(shù)的設(shè)置方法及利用上位機(jī)遠(yuǎn)程控制的方案，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力穩(wěn)定，工作可靠。

關(guān)鍵詞：恒壓;供油;變頻調(diào)速

中圖分類號(hào)：V351

引言

本方介紹的是某消防火災(zāi)處置訓(xùn)練系統(tǒng)中油罐模擬火災(zāi)事故中主供油回路。以前傳統(tǒng)的控制方式是在主回路中用一個(gè)閥門打開一定的角度來設(shè)定主供油出口的壓力，穩(wěn)定運(yùn)行后油壓輸出是恒定值，但訓(xùn)練燃燒系統(tǒng)噴油負(fù)載是變化的，有時(shí)需要多點(diǎn)同時(shí)噴油，這樣使主油路出口壓力會(huì)產(chǎn)生很大的波動(dòng)，在多點(diǎn)噴油時(shí)可能會(huì)使油路油壓過低，噴油的效果差，難以完成訓(xùn)練項(xiàng)目。因此，我們采用以PLC為控制中心進(jìn)行邏輯控制，應(yīng)用變頻器的PID控制油泵，PID控制器具有原理簡(jiǎn)單，無需精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，使用閉環(huán)控制，提高了控制精度。與傳統(tǒng)的閥門控制方式相比壓力穩(wěn)定，可靠性高，更節(jié)能，自動(dòng)化程序度高，后期功能擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，是一個(gè)頗具實(shí)用價(jià)值的調(diào)速系統(tǒng)。

一、控制方案

變頻調(diào)速恒壓供油系統(tǒng)由PLC、交流變頻調(diào)速器、系統(tǒng)監(jiān)控，油泵11KW 2臺(tái)（一備一用），輸油管道、遠(yuǎn)傳壓力表、信號(hào)隔離器等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。其中的變頻器應(yīng)用了內(nèi)置PID（比例、積分、微分）控制器，PID控制過程為：當(dāng)變頻器接受到啟動(dòng)信號(hào)后驅(qū)動(dòng)泵電機(jī)運(yùn)行，安裝在管路上遠(yuǎn)傳壓力表將壓力反饋到變頻器，與預(yù)先通過面板設(shè)定的給定壓力進(jìn)行比較，經(jīng)變頻器內(nèi)部PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持管路壓力與給定壓力值一致，實(shí)現(xiàn)恒壓供油。

PLC為控制中心，能接受外部指令且輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)、處理模擬量信號(hào)輸出到上位和面板顯示儀表，遠(yuǎn)傳壓力表是壓力檢測(cè)與反饋元件，將壓力值轉(zhuǎn)換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再將壓力信號(hào)輸入到信號(hào)隔離器，分三路輸出，第一路輸入到變頻器作為PID調(diào)節(jié)的反饋信號(hào)，第二路輸入到PLC，經(jīng)模擬量轉(zhuǎn)換成實(shí)際的壓力值通過profinet網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通訊，在上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。第三路輸入到電氣柜面板上的顯示儀表，經(jīng)轉(zhuǎn)換后顯示實(shí)時(shí)壓力值。變頻器輸出4-20mA運(yùn)行頻率值到PLC，經(jīng)模擬量轉(zhuǎn)換成實(shí)際運(yùn)行頻率值，經(jīng)profinet通訊傳到上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，上位機(jī)除可監(jiān)測(cè)油壓及變頻器運(yùn)行頻率，也可通過profinet網(wǎng)絡(luò)與PLC通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器遠(yuǎn)程啟停控制。

二、電氣控制系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)原理圖如圖2。

1.器件選型

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的多少，選用的西門子公司的小型可編程控制器S7-1200系列中的CPU 1212C，其集成8輸入/6輸出共14個(gè)數(shù)量I/O點(diǎn)，支持profinet通訊協(xié)議，模擬量擴(kuò)展模塊為4通道SM1231。變頻器選用西門子公司V20系列中11KW變頻器。信號(hào)隔離器選用1進(jìn)3出4-20mA電流型。數(shù)顯表選用支持4-20mA輸入信號(hào)的智能顯示儀表。

2.電氣工作原理簡(jiǎn)介

QF1為三相斷路器，給變頻器主回路供電，中間接入LS電抗器，抑制變頻器產(chǎn)生的高次諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾，QF2為二相斷路器，給系統(tǒng)的控制回路供電。變頻器通過三相交流接觸器KM1與KM2分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)油泵電機(jī)，因?yàn)槭且粋湟挥?，在同一時(shí)間只有一臺(tái)油泵在運(yùn)行，因此CPU輸出驅(qū)動(dòng)接觸器線圈加入KM1、KM2常閉觸點(diǎn)互鎖。SB1、SB2、SB3是電氣柜面板的操作按鈕，功能分別是遠(yuǎn)程/近地、啟動(dòng)/停止、泵1/泵2選擇按鈕。當(dāng)按下SB2時(shí)，根據(jù)CPU程序，DQ0.2輸出驅(qū)動(dòng)KA1中間繼電器，變頻器端子DI1的KA1常開觸點(diǎn)閉合，變頻器啟動(dòng)運(yùn)行; SB2斷開時(shí)，中間繼電器KA1會(huì)失電，變頻器停止運(yùn)行。同理在遠(yuǎn)程操作模式下，上位機(jī)用與PLC通訊的方式控制KA1的接通與斷開來控制變頻器的啟動(dòng)與停止。

3.變頻器的參數(shù)設(shè)置

西門子V20功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，是新一代通用型變頻器。具有BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)），可實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接。

以下是主要參數(shù)設(shè)置，電機(jī)參數(shù)設(shè)置根據(jù)電機(jī)名牌上的參數(shù)來進(jìn)行。

當(dāng)調(diào)試變頻器時(shí)，先執(zhí)行工廠復(fù)位操作：

三、結(jié)束語

變頻調(diào)速恒壓供油方式供油壓力平穩(wěn)，消除了安全隱患，提高了油泵、油閥的使用壽命，更好地節(jié)約了能源。能過遠(yuǎn)程上位機(jī)就能監(jiān)控整個(gè)供油系統(tǒng)，減少了運(yùn)行成本。

經(jīng)過一年多的運(yùn)行檢驗(yàn)，其性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠節(jié)能效果明顯。

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