程碧峰,龍海仁,招偉培,黃帥
(重慶市東鵬智能家居有限公司,重慶 402160)
一般根據(jù)水的恒壓控制理論,水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比,即kW=K×n3,KW:為水泵消耗功率;n:為水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速;K 為比例系數(shù),水泵的轉(zhuǎn)速用變頻器來(lái)調(diào)節(jié),使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)工頻轉(zhuǎn)速降低20%,從而達(dá)到降低能耗的目的,節(jié)能率可達(dá)20%-30%。本廠使用的變頻器是安川變頻器,可視化控制界面是威綸通品牌的觸摸屏控制裝置,通過(guò)后者實(shí)現(xiàn)OMRON(歐姆龍)_PLC 機(jī)對(duì)變頻器的控制,以達(dá)到降低壓機(jī)冷卻水用量的目的。
本生產(chǎn)基地共有16 臺(tái)自動(dòng)液壓壓磚機(jī)PHC4300,壓機(jī)正常工作時(shí),一般需要保證液壓油油溫在45℃左右。為了保證正常工作,每臺(tái)自動(dòng)液壓壓機(jī)都配有其獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)(熱交換系統(tǒng)),單臺(tái)壓機(jī)的冷卻水一般需求量在15-20m3/h 左右,總冷卻水量約240-320m3/h 左右,根據(jù)系統(tǒng)的用水量每小時(shí)240-320m3/h 左右,我們選擇DN250 鍍鋅管道(當(dāng)壓力為2.5kg·f/cm2時(shí),管道流量為440m3/h 左右),這樣有一定余量方便以后新增設(shè)備。循環(huán)水泵選擇單級(jí)泵KQW250/350-75/4(流量450M3/小時(shí),揚(yáng)程41M)。
日常使用過(guò)程中,可根據(jù)氣溫的變化及自動(dòng)液壓壓磚的工作頻率的變化,為了節(jié)約能源自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用PID 恒壓控制。
應(yīng)用布局圖,如圖1 所示。
圖1 布局圖
設(shè)備包括工程系統(tǒng)用的電器OMRON_PLC_CP1H_CP1H-XA40DR-A、安川變頻器A1000 1 臺(tái)、威綸通觸摸屏1 個(gè)、麥克MPM/MDM484C 型壓力控制器1 個(gè)、75kW 水泵2 臺(tái)、兩芯屏蔽電纜線、西門子接觸器、OMRON 中間繼電器、工業(yè)用電柜、銅芯電纜線3×70m2+1×35 m2等材料。
OMRON_PLC_CP1H_CP1H-XA40DR-A 自帶4 路模擬量輸出和2 路的模擬量輸出,其模擬量輸入和輸出都可以按標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)接入(接入標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)和電流信號(hào)需在編程軟件里設(shè)置相關(guān)對(duì)應(yīng)的參數(shù)),接入模擬量的值通過(guò)PLC 運(yùn)算轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量(反饋值)給PID 指令,PID 指令根據(jù)反饋值與設(shè)定值的識(shí)差運(yùn)算后的輸出值去控制變頻器頻率,實(shí)現(xiàn)恒壓控制。
(1)本案例中模擬量輸入需用到2 路模擬量輸入和1 路模擬量輸出,模擬量輸入的1 路來(lái)自測(cè)量循環(huán)水管的壓力傳感器(測(cè)量的壓力值0-1MPa,模擬量輸出為4-20ma)模擬量輸入,另1 路模擬量輸入來(lái)自A1000 變頻器的多功能輸出監(jiān)視1(FM輸出端子),變頻器的實(shí)際輸出頻率通過(guò)模擬量輸出端子傳送到PLC 中。模擬量輸出1 路是通過(guò)PLC 的PID 指令運(yùn)算后數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量后通過(guò)模擬量輸出端子去控制變頻器的頻率。
(2)兩路模擬量輸入信號(hào)及轉(zhuǎn)換量程的設(shè)定。壓力傳感器(測(cè)量的壓力值0-1MPa,模擬量輸出為4-20ma)各變頻器的FM端頻率輸出(頻率值0-50Hz,模擬量輸出0-10V 信號(hào)),即模擬量輸入1 路為4-20ma 輸入、另1 路模擬量輸入為0-10V 輸入。
圖3 自帶的模擬量輸入輸出
1)模擬量輸入的電壓或電流信號(hào)通過(guò)PLC 的前端模擬電壓/電流輸入的切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置如圖2 所示。
圖2 示意圖
即模擬量輸入1 開(kāi)關(guān)撥至ON(電流信號(hào)輸入),模擬量輸入2 的開(kāi)關(guān)撥至OFF(電壓信號(hào)輸入)。
2)模擬量輸入后轉(zhuǎn)換量程通過(guò)PLC 的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定如下圖4:
圖4 參數(shù)設(shè)定
3)模擬量輸入轉(zhuǎn)工程量(AD 轉(zhuǎn)換)
模擬量信號(hào)的轉(zhuǎn)換成工程量值是根據(jù)它們的量程范圍大小進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換,如模擬量輸入4-20ma 輸入轉(zhuǎn)換成0-10KPa 的壓力,0-10v 的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成0HZ-50Hz 的頻率信號(hào),其轉(zhuǎn)換過(guò)程如下圖5:
圖5 轉(zhuǎn)換過(guò)程
4)模擬量的轉(zhuǎn)換工程量的程序,用ST 語(yǔ)言編寫如下
OMRON 編程軟件里的功能塊-新建數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)文本-新建的數(shù)據(jù)的類型如下:
圖7 輸入變量
圖8 輸出變量
ST 語(yǔ)言編程如下:
PID 指令的參數(shù)
S:測(cè)定值輸入CH 編號(hào)
C:PID 參數(shù)保存低位CH 編號(hào)
D:操作量輸出CH 編號(hào)D 參數(shù)為輸出量給模擬量輸出的MV 值輸出通道
1)S:測(cè)定值輸入CH 編號(hào)其參數(shù)為壓力傳感器的反饋值;
2)C:PID 參數(shù)5 zv 保存低位CH 編號(hào),C 參數(shù)為PID 的控制參數(shù)群;
C0 通道_C[0]、SV 為設(shè)定值;
C1 通道_C[1]、比例P 為手動(dòng)設(shè)定輸入值;
C2 通道_C[2]、積分I 為手動(dòng)設(shè)定輸入值;
C3 通道_C[3]、微分D 手動(dòng)設(shè)定輸入值;
C4 通道_C[4]、時(shí)間周期T=#64 固定值;
C5 通道_C{5}、為2-PID 參數(shù)(α)、操作量輸出指定、PID 反應(yīng)定時(shí)指令、操作量的動(dòng)作方向;
注:C5 通道的具體參數(shù)設(shè)置如下:
1、C5 通道、第4-15 位設(shè)為000H 即@=0.65;
2、C5 通道、第3 位:決定操作量的輸出指定,當(dāng)測(cè)定值=設(shè)定值,操作量MV 如何輸出設(shè)為0 表示輸出為0%。寫1 表示輸出50%;
3、C5 通道、第2 位:設(shè)為0;
4、C5 通道、第1 位:表示寫入或更新后的P I D 參數(shù)何時(shí)被反映到PID 運(yùn)算中,寫0 表示僅在輸入條件上升時(shí)生效,寫1 表示輸入條件上升或每個(gè)取樣周期時(shí)皆能生效;
5、C5 通道、第0 位、設(shè)為0 時(shí) 為反向動(dòng)作 設(shè)為1 時(shí)為正向動(dòng)作。
C6 通道_C[6]、為操作是限位控制指定、輸入范圍、微分積分單位、輸出范圍,
注:C6 通道的具體參數(shù)設(shè)置如下:
1、C6 通道的第13-15 位:固定為0;
2、C6 通道的第12 位:操作量的上下限進(jìn)行限制;寫0 表示不限制,限輸出范圍為多少輸出量就能達(dá)到多少,寫1 表示對(duì)操作量進(jìn)行限制,上下限數(shù)據(jù)在C+7,C+8中設(shè)置;
3、C6 通道的第8-11 位:表示控制字S 測(cè)定值(PV)的數(shù)據(jù)范圍,同時(shí)也影響設(shè)定值;
(SV)的輸入范圍最大值。設(shè)定為0-8H,0H=8 位,1H=9 位,2H=10 位3H=11 位,4H=12 位,5H=13 位,6H=14 位,7H=14 位,8H=15 位;
4、C6 通道的第4-7 位:表示積分常數(shù)與微分常數(shù)的時(shí)間單位,設(shè)為#1 表示以C4CH 設(shè)定的取樣周期為時(shí)間單位,設(shè)為#9 則表示時(shí)間單位為100ms
5、C6 通道的第0-3 位:決定的控制字D 限操作量(MV)的數(shù)據(jù)范圍,填寫范圍可參考控制S 測(cè)定值(PV)的數(shù)據(jù)范圍。
C7 通道_C[7]、為操作量下限值;
C8 通道_C[8]、為操作量上限值;
C9-C38 通道為工作區(qū)域,用戶不可指定。
3)PLC 程序的PID 程序(用功能塊程序)如下:
OMRON 編程軟件里的功能塊-新建數(shù)據(jù)為梯形圖-新建數(shù)據(jù)的類型如下:
圖9 功能塊的內(nèi)部數(shù)據(jù)
圖10 功能塊的輸入數(shù)據(jù)
圖11 功能塊的輸出數(shù)據(jù)
圖12 梯形圖程序
4)PLC 程序的PID 程序(主程序)
見(jiàn)圖13 所示。
圖13 PLC 程序的PID 程序(主程序)
5)PLC 的模擬量輸出:
PLC 執(zhí)行PID 指令后的輸出數(shù)據(jù)MV 值直接傳送到模擬量輸出通道210CH,210CH 的通道是數(shù)字量,PLC自動(dòng)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換模擬量輸出到端子。其內(nèi)部轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖14。
圖14 內(nèi)部轉(zhuǎn)換過(guò)程
6)安川A1000 變頻器的參數(shù)設(shè)置及控制如圖15:
圖15 安川A1000 變頻器的參數(shù)設(shè)置及控制
變頻器A1000 的控制模式,運(yùn)行控制由控制端子提供,頻率指令由外部的模擬量提供,參數(shù)設(shè)定如下:
1、頻率指令選擇b-01=1 控制回路端子(模擬量輸入);
2、運(yùn)行指令選擇b1-02=2 控制回路端子;
3、端子S1 的功能選擇H1-01=40 正轉(zhuǎn)運(yùn)行指令(2線制順控);
4、端子S2 的功能選擇H1-02=41 反轉(zhuǎn)運(yùn)行指令(2線制順控);
5、端子A2 信號(hào)電平選擇H3-09=2 輸入4~20mA的信號(hào);
6、模擬量輸入端子有效H3-14=02 僅端子A2 有效;
7、端子A2 輸入增益H3-11=100 增益值;
8、端子A2 輸入偏置H3-12=0 偏置值;
9、端子FM監(jiān)視選擇H4-01=102
10、端子FM 信號(hào)電平選擇H4-07=0 輸出為0~10V 的電壓信號(hào);
75KW 循環(huán)水泵一用一備,如下圖16
圖1675 KW 循環(huán)水泵一用一備
控制電柜,如下圖17。
圖17 控制電柜
自動(dòng)液壓壓磚機(jī),如下圖18。
圖18 自動(dòng)液壓壓磚機(jī)
可視化控制器,如下圖19。
圖19 可視化控制器
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,其經(jīng)濟(jì)體量越來(lái)越大,帶來(lái)的能源浪費(fèi)問(wèn)題,也日益顯著。特別是隨著雙碳目標(biāo)的提出,國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)能源消耗大戶陶瓷企業(yè)的管控,逐步淘汰能源消耗末尾企業(yè)。
陶瓷企業(yè)的節(jié)能降耗需要從日常工作當(dāng)中挖掘,通過(guò)PID 方式對(duì)各種生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制,而PID 控制具備了自動(dòng)控制所要求的靈活性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,在其實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化的同時(shí),也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)省用電、用氣的目標(biāo)。