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6ES7222-1HD22-0XA0一级代理
1 概述
铝电解多功能天车是电解生产中的主要服务性设备,它的正常运行与否直接关系着电解生产指标的完成情况,所以保证电解多功能天车有较高的运转率和完好率是十分关键的。中国铝业青海分公司铝多功能天车大车行走原来的控制系统存在缺陷,由于多种原因致使驱动大车行走的两台电机存在不同步问题,使大车行走时出现扭劲,不仅较大程度影响电机及其它电气元件的使用寿命,而且对多功能天车大梁造成很大损坏,使金属钢结构开裂,形成较大的隐患。针对上述问题,本文结合 PLC 与变频器的特点,分 析讨论了采用PLC 与变频器配合使用很好的实现了铝电解多功能天车大车行走的同步问题具体过程,及时了隐患,的保证了多功能天车的正常运行。
2 多功能天车大车原控制线路及存在问题
中国铝业青海分公司电解多功能天车大车驱动电机原采用变频器一拖一直接驱动控制方式,如图 1所示。天车运行是通过操作人员操作控制手柄使变频器得电运行的,但由于控制大车行走的两台变频器参数设定及其它电气元件性能的差异,不 可避免地存在两台电机不同步问题。
3 利用 PLC 和变频器实现速度同步控制
3.1 硬件组成和连接
多功能天车大车行走控制系统采用 PLC 和变频器配合使用,能较好地实现了两台电机的同步运行,使变频器加适合通用数字控制系统、严格定位和同步控制的应用领域。其硬件结构组成和连接电路如图2 所示。工作时操作人员通过控制器,控制节点闭合选定设定的比例运行参数,然后控制机通过 D/A 转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转,实现电机的同步运行。硬件构成为:
1)FX0N—24MR 为 PLC 基本单元,执行系统及用户软件,是系统的;
2)FX0N—48DP 为 FX0N 系统 PLC 的通讯适配器,作为通讯主站使用,完成变频调速器控制信号的发送;
3)FR—CU03 为 FR—A044 系列比例调速器的计算机连接单元,符合 RS—422/RS—485 通讯规范,通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制(如启动、停止、运行频率设定)、参数设定和状态监控等功能,是 变频器的网络接口;
4)FR—A044 变频器,实现电机调速;
5)每个变频器为一个子站,每个子站均有一个站号,事先由参数设定单元设定。工作过程中,PLC 通过FX0N—48DP 发有关命令信息后,各个子站均收到该信息,然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息;若 不 一 致 则放弃该信息的处理,这样就保了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。
3.2PLC 与变频器之间的通讯
PLC 和变频器之间进行通讯,如图 3 所示。通讯规格在变频器的初始化中设定,如果没有进行设定或有一个错误的设定,数据将不能进行通讯。每次参数设定后,需复位变频器,以 确 保 参数的设定生效。
设定好参数后将按如下协议进行数据通讯,步 骤 为:
1)从 PLC 到变频器的通讯请求数据;
2)数据写入时从变频器到 PLC 的应答数据;
3)读出数据时从变频器到 PLC 的应答数据;
4)读出数据时从 PLC 到变频器发送数据。
4 软件设计
4.1 通讯流程
PLC 对变频器采用通讯控制,通过程序实现 PLC对变频器的各种运行控制和数据的采集,来 实 现 对 多功能天车大车行走的控制。PLC 程序应完成FX2N-485BD 通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换和变频器应答数据的处理工作。该过程包括 3 个阶段:
1)计算机发出通讯请求;
2)变频器处理等待;
3)变频器作出应答。
4.2PLC 编程
要实现对变频器的控制,对 PLC 进行编程,通过程序实现 PLC 与变频器信息交换的控制,其梯形图如图 4 所示。
程序中通讯发送缓冲区为 D127~D149;接受缓冲区为 D150~D160。电机 1 启动、停止分别由 X0 的上升、下降沿控制;电机 2 启动、停止分别由 X1 的上升、下降沿控制;程序由系统起始脉冲 M8002 初始化FX0N—48DP 的通讯协议;然后进行启动、停止信号的处理。以电机 1 启动为例,X0 的上升沿 M50 吸合,变频器 1 的站号送入 D130,运行命令字送入 D135,ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入 D131、D132、D133;接着求校验和并送入D136、D137;后置 M8122 允许 RS 指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息,此信息FX0N—48DP 收到后置 M8132,PLC 根据情况作出相应处理后结束程序。
5PLC 和变频器配合使用应注意的问题
因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰,该注意以下几点。
1)对 PLC 本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地,而且应注意避免和变频器使用共同的接地线,且在接地时使二者尽可能分开。
2)当电源条件不太好时,应在 PLC 的电源模块及输入 / 输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等,另外,若有必要,在 变频器一侧也应采取相应的措施。
3)当把变频器和 PLC 安装于同一操作柜中时,应尽可能将与变频器有关的电线和与 PLC 有关的电线分开。
4)通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。PFB-G 直接插在 PLC 的 RS485 口(DB9F)上,工作电源由 PLC 通信口的 7 脚和 2 脚的直流 24V 供给毋需另接电源,BH-485G 为标准导轨安装结构,安装在变频器机柜中,直流 24V 工作电源可取自变频器的直流 24V 电源输出端子,安装非常方便。
5)在 PLC 和变频器的 RS485 通讯口加装带浪涌保护的 RS485 光电隔离器以地线环路的干扰和变频器特有的瞬态过电压等干扰,抑制了干扰的进入,也解决了由于设备接地问题而引起的串扰,使系统的性得到很大提高。
6 结束语
随着变频器技术的成熟和使用范围的扩大,利用可编程控制器(PLC)对其进行控制,从而适应传动系统中对速度控制灵活性、准确性和性等的不同要求,较好地达到预期的同步控制要求,其优点主要表现在:
1)能够很好实现 PLC 通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控;
2)该 系统控制变频调速器数量多,距离长,可达到 500m;
3)控制多台变频器,成 本 低 ;
4 ) 线 路 简 单 ,。
3、工作原理
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时,按下按钮启动和停止水泵,可根据需要分别控制1#~3#泵的启停,该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时,由1#水泵变频运行,变频器输出频率从0HZ上升,同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够,则频率上升到50HZ,变频器输出一个上限频率到达信号给PLC,PLC接收到信号后经延时,1#泵变频切换为工频,2#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则2#泵由变频切换成工频,3#泵变频启动;如用水量减少,PLC控制从先起的泵开始切除,同时根据PID调节参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统基本的功能,系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
4、变频器
变频器采用艾默生电气公司生产的EV2000系列变频器。EV2000采用特的控制方式,实现了高转矩、、宽调速驱动,满足通用变频器化的要求,具有出同类产品的防跳闸功能和适应恶劣电网温度、湿度和粉尘能力,大提高产品性。
EV2000具有实用的PI(图二)、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、停电和停机参数存储选择。频率给定通道与运行命令通道捆绑,零频回差控制等,为设备提供集成度一体化解决方案,对降低系统成本,提高系统性具有大。PI参数的设定将直接反馈变频器控制中的响应速度和精度,零频运行阈值和零频回差的设定可以避免变频器在低频率输出水泵低速运行(水泵在变频器输出15HZ以下时的效率很低),使变频器某一频率时自动停止输出,即不影响恒压供水的要求,又把效率提至。
5、PLC控制系统
该系统采用三菱FX-1s30MR,I/O点数为30点,继电器输出,PLC编程采用FX—20P—E手持式编程器或三菱PLC编程软件SWOPC—FX/WIN—C,PLC可编程程序控制器及软件提供完整的编程环境,可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比,该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换,供水泵的变频及故障的报警等,而电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量及实际运行参数则由变频器及其内置PID来显示和控制。
三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活,本系统PLC主体程序用STL指令与状态继电器S,STL指令可以编制生产流程和工作与顺序图非常接近的程序,顺序功能图中的每一步与其他步是隔离开的,根据控制要求将这些程序段按一定的顺序组合在一起,就可以成功地完成控制任务。FX系列PLC的状态继电器编制顺序控制程序时一般与STL指令一起使用。
泵组切换示意图如图 三,工作条件满足,开始工作时,1#泵变频启动,泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高,如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值,变频器检测到上限频率并输出一个开关信号给PLC,延时一段时间后,1#泵切换至工频运行,同时解除变频器运行信号,使变频器频率降为0HZ,然后2#泵变频启动,若压力仍未达到,则2#泵切换至工频,3#泵变频启动,在运行中始终保持一台泵变频运行,当压力达到设定值时变频输出将为0HZ,同时变频器输出一个下限频率信号至PLC,由PLC决定切除1#工频泵,此时由一台工频泵和一台变频泵运行,如果此时压力达到设定值,变频器的输出为0HZ,同时输出下限信号给PLC,PLC解除2#工频泵,只由3#泵变频运行来维持管网压力。当压力下降,变频器频率升至50HZ输出信号,延时后3#泵切换为工频,1#泵变频启动,若压力仍不满足则1#变切换为1#工,2#泵变频运行,如果压力仍达不到,2#变切换为2#工,启动3#变,三台泵同时工作以保证供水要求。
这样的切换过程有效地减少泵的频繁起停,同时在实际管网对水压波动做出反应之前,由变频器调节,使水压平稳过渡,从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。
以往的变频恒压供水系统在水压高时,通常时 采用停变频泵,再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式,但其容易引起泵组的频繁起停,从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式,同时由变频器调节,只要参数设置合适,即可实现泵组的无冲击切换,使水压过渡平稳,有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象,提高了供水品质。
6、注意事项
要使系统稳定快速准确的运行,应注意一下参数:
1) 变频、工频切换时间T
切换时间T在PLC程序中设定,设置T时为了确保在加泵时,泵由变频转换为工频过程中,同一台泵的变频运行和工频运行各自对对应的交流接触器不会同时吸合,而损坏变频器,同时为了避免工频启动时启动电流大而对电网产生冲击,所以在允许的范围内时间T尽可能小。
2) 上、下限频率持续时间TH和TL
变频器运行的频率随管网用水量增大而升高,本系统以变频运行的频率是否达到上限(下限),并保持一定的时间来判断是否加、减泵,这个判断时间就是TH(TL),如果设定值过大,系统就不能的对管网用水量的变化做出反应;如果设定值过小,管网用水量变化时就很可能引起频繁的加减泵工作。
7、结束语
该系统采用PLC和变频器结合,系统运行平稳,实现了真正意义上的无人职守的全自动循环倒泵、变频运行,保证了各台水泵运行效率的优和设备的稳定运转启动平稳,了启动大电流冲击,由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵的使用寿命,可以启动和停机时的水锤效应。该设计系统是大型公共社区如高校、居民小区等处的性能、价格比较高的优选方案。并通过在青岛科技大学一期泵房近两年的使用,运行稳定,节能效果显著,得到了用户。



1. 引言
发电机是电力系统的重要组成部分,它的运行对于保证电力系统的稳定具有重要意义。发电机故障录波装置所记录的数据为工作人员正确分析发电机故障原因,研究事故对策,及时处理事故提供了的依据,同时,根据故障录波数据还可以分析系统的故障参数、各电气量的变化规律,进行故障定位等,这些对于保证电力系统的运行起着十分重要的作用。可编程控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)作为工业控制的计算机,由于其结构简单、性能优良,抗干扰性能好,性高,在机械、化工、橡胶、电力等行业工业控制现场已日趋广泛地得到应用,成为工控现场进行实时控制的主要的控制装置。本文介绍一种利用可编程控制器和扩展模拟量模块实现发电机故障录波的方法。
2. 系统的组成和工作原理
系统的组成框图如图1所示,由上位计算机和1套PLC测控系统组成。PLC通过外部变送器、互感器与发电机组相连,发电机机端电压U、定子电流I为三相交流电,分别经电压互感器(PT)和电流互感器(CT)转换成三相100V、的二次信号,发电机转子励磁电流经过分流器RS转换成75mV信号,再经过三相功率(含有功、无功)变送器、三相电压变送器、直流电流变送器转换成与其成比例的0~10V电压信号后输入到PLC的模拟量模块。模拟量经过A/D转换,然后根据互感器、变送器的变换比例计算出机端电压U、转子电流If、有功功率P和无功功率Q的等机组运行量。PLC每隔20毫秒采样一次,每40毫秒将采样的数据保存到故障数据区中。当发生故障后,PLC记录下故障发生以后的13秒数据,故障数据记录过程结束。当PLC接收到上位机发送来的传送命令时,PLC将记录的故障数据通过串口通讯传送给上位机。上位机将数据完整的接收下来,经过数据处理显示出机组运行量U、If、P、Q、Ug(电压给定)在故障前7秒、后13秒的波形曲线,这样就可以对发电机故障进行分析了。在本系统中,PLC选用SIMATIC S7-226;模拟量模块选用与S7-226配套的产品EM235;PLC与计算机之间通过PC/PPI电缆连接以串行方式进行通讯。
图1 发电机故障录波系统框图
3. 下位机程序设计
PLC属于下位机,其程序共分为3个模块,它们是初始化子程序、录波子程序和通信子程序。以下将分别说明各模块的设计思想。
3.1 初始化子程序
初始化子程序包括初始化自由口通信参数,设置接收命令RCV启动和结束条件,数据指针赋初值,连接20ms采样、接收和发送中断。
3.2 录波子程序
录波子程序在20ms采样中断中调用,负责记录机组运行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的数据。
在PLC中定义一个连续的数据区VW4000~VW8998,用来保存故障数据。每个运行量的数据占用1000字节的数据块,地址分配如下,U:VW4000~VW4998 If:VW5000~VW5998 P:VW6000~VW6998 Q:VW7000~VW7998 Ug:VW8000~VW8998。
录波子程序每隔40毫秒将采样的数据送到各自的数据块中。为每个数据块定义一个数据指针,其初始值分别指向各数据块的地址。每传送一次数据,各指针向下移动2字节。故障前7秒数据(350字节)是循环记录的,即如果在故障到来之前数据已存满,各数据指针将重新指向数据块的地址。定义指针index用来记录20秒故障数据开始的位置。当故障到来时,数据指针指向故障后13秒数据(后650字节),此时指针index将前7秒数据分为前后两部分,正确的顺序是将前后两部分交换过来。当后13秒数据记录完后,录波子程序结束。程序流程图如图2所示。
3.3 通信子程序
通信子程序负责与上位机通信,将存储在数据区的故障数据通过串口分批传送给上位机。上位机每发送一次传送命令(用整数255表示),PLC在接收中断程序中判断收到的字符是否为传送命令,如果是则将传送命令标志M6.0置位并且在主程序中调用通信子程序。
定义指针tran_pointer用来指向待传送数据的地址,其初值为&VW4000,即指向数据区地址。定义变量count用来记录传送的次数。在通信子程序中,停止自由口的接收,然后将以指针tran_pointer为地址,大小200字节的数据传送到发送缓冲区中,接着用发送命令通过串口发送出去。每发送一次数据,将指针tran_pointer向下移动200字节,变量count值加1, M6.0复位。当上位机发送完26次传送命令时,PLC中数据区VW4000~VW8998的5000个字节已发送完毕,再将额定电压、额定电流、额定有功功率、额定无功功率和指针index发送出去, count值清零,指针tran_pointer重新初始化,M6.0复位。至此,一次完整的故障数据传送过程结束。
图2. 录波子程序流程图
4. 上位机程序设计
上位机程序设计是以Visual Basic 6.0 为平台,利用MS Comm控件,以事件驱动方式实现计算机与PLC之间串行通讯,完成数据间的交换。上位机程序包括用户界面设计、通讯和数据处理程序、显示程序等。
4.1 用户界面设计
本系统中,设计了两个窗体(bbbb1和bbbb2)。其中bbbb1为主界面,bbbb2为波形显示界面。在bbbb1中设计了一个MSComm控件、一个定时器控件(Timer1)和两个按钮控件(Command1和Command2)。其中Command1是开始按钮,即按下时开始和PLC通讯,读取其中的数据。Command2是显示按钮,即按下时调用窗体bbbb2,显示每个运行量的波形曲线。在bbbb2中设计了一个图片框控件(Picture1),用来显示图形。
4.2 通讯和数据处理程序设计
设置Timer1 的Interval属性等于500,MSComm的bbbbbMode属性为二进制方式,RThreshold属性等于5010。定时器每隔500毫秒发送一次传送命令,当发送到26次时,关闭定时器,这时接收缓冲区将收到5010个字节的数据并触发MSComm的OnComm事件。在OnComm事件子程序中,将接收缓冲区中的数据依次分配到全局数组U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data中,再根据各运行量的额定值计算出百分比值。各个数组的前350字节需要根据指针Index进行调整,具体方法是将数组下标范围Index~349的数据移到,下标范围1~Index-1的数据移到后面。
4.3 显示程序设计
在窗体bbbb2的装载事件bbbb_Load中编写图形显示程序。在图片框控件Picture1中设置自定义坐标系。设置ScaleMode属性值等于3,即以象素为度量单位。然后在该坐标系下画出坐标轴。X轴以秒为单位,曲线上两点间的时间间隔是40毫秒,换算成象素等于1.47。Y轴以百分比为单位,每个单位刻度换算成象素等于2.1。后根据数组U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data分别画出相应运行量的波形图。以机端电压波形为例,给出编写的程序如下:
Picture1.DrawWidth = 1 ‘线宽为1
Picture1.CurrentX = 0 ‘当前坐标的位置
Picture1.CurrentY = U_data(0) * 2.1
For i= 1 To 499 ‘画出曲线
Picture1.Line -(1.47 * i, U_data(i) * 2.1), vbBlue
Next i
5. 系统的运行与实验结果
在系统运行前,要对PLC的通讯参数进行设置,包括波特率、校验方式、数据位位数和停止位位数等,此设置要和上位机一致。在S7-226中使用自由口模式和上位机进行串口通信时,可以通过特殊寄存器SMB30(端口0)或SMB130(端口1)来设定。下面以发电机空载停机实验为例说明系统的运行过程。
当发电机在正常空载下停机时,PLC检测到停机信号,将故障标志置位,然后记录下停机后13秒的数据。运行上位机程序,在主界面上按下“传送”按钮后,上位机开始读取PLC中数据。等到程序提示“数据传送完毕”后,按下“显示”按钮,将弹出“波形显示”窗口如图3所示。从图中可以看出,该曲线较好的反映了发电机停机前后机端电压、励磁电流的变化。
将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较,当管网压力不足时,变频器增大输出频率,水泵 转速加快,供水量增加,迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢,供水量减小,管网压力下降,保持恒压供水。
1 系统硬件构成
系统采用压力传感器、PLC和变频器作为控制装置,实现所需功能。
安装在管网干线上的压力传感器,用于检测管网的水压,将压力转化为4~20 mA的电流信号,提供给PLC与变频器。
变频器是水泵电机的控制设备,能按照水压恒定需要将0~50 Hz的频率信号供给水泵电机,调整其转速。ACS变频器功能强大,预置了多种应用宏,即预先编置好的参数集,应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到小,参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统采用PID控制的应用宏,进行闭环控制。该宏提供了6个输入信号:启动/停止(DI1、DI5)、模拟量给定(AI1)、实际值(AI2)、控制方式选择(DI2)、恒速(DI3)、允许运行(DI4);3个输出信号:模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行);DIP开关选择输入0~10 V电压值或0~20 mA电流值(系统采用电流值)。变频器根据给定值AI1和实际值AI2,即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号,利用PID控制宏自动调节,改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速,以保管网压力恒定要求。
根据泵站供水实际情况与需求,利用一台变频器控制3台水泵,因此除改变水泵电机转速外,还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定,当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时,要投入下一台泵运行。反之,当变频器输出频率降至小,压力仍过高时,要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制,还需数据处理能力,采用FX-4AD(4模拟量入)获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样,随时将模拟量转换为数字量,放在数据寄存器中,由数据处理指令调用,并将计算结果随时放在的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量,提供给PLC[1>,与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险,保证其频率不20Hz,因此频率上限设为工频50Hz,下限设为20Hz)进行比较,实现泵的切换与转速的变化。
系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能,以保证供水的连续性,水压波动尽可能小,从而提高供水质量。但元件动作过程太快,会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生,硬件上设置闭锁保护,即1Q与4Q,2Q与5Q,3Q与6Q不能同时闭合。
2 系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。它对3台泵的控制,主要解决 系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。
当变频器输出频率达到频率上限,供水压力未达到预设值时,发出加泵信号,投入下1台泵供水。当供水压力达到预设值,变频器输出频率降到频率下,发出减泵信号,切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时,情况简单,启动一号泵即可。但考虑3台泵联合运行时情况复杂,任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行,而其他泵则可能在变频器控制下运行,因此预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后,按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序考虑。获得减泵信号后,按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序考虑。
为了防止故障的发生,软件上也设置保护程序,保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时设置元件动作顺序及延时,防止误动作发生。
考虑到系统工作环境对运行状态的影响,在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数,当模拟输入信号变化时,63%的变化发生在所定义的时间常数中;软件上采用数字滤波的方式,系统采用平均值的方法[2>。
计算近10次采样的平均值,其计算公式如下:
3 系统参数的确定
系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数量很大的参数群,初始情况下,只有所谓的基本参数可以看到。只需设定简单的几个参数,变频器就可以工作。
除基本参数外,还对完整参数进行设定。
完整参数的设定主要是PID参数的整定,它是按照工艺对控制性能的要求,决定调节器的参数Kp,TI,TD。控制表达式为:
变频器根据偏差调节PID的参数,当运行参数远离目标参数时,调节幅度加快,随着偏差的逐步接近,跟踪的幅度逐渐减小,近似相等时,系统达到一个动态平衡,维持系统的恒压稳定状态[3、4>。
4 试验结果
由于系统的显示和通讯功能,可以对系统工作情况进行监测。考虑到管网覆盖面积大,泵站海拔高度相对低,远端供水压力需维持3kg,因此泵站出水口压力维持5kg。试验条件为管网初始无压 力,电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。获得的数据经MATLAB进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线[5>。
试验记录的数据显示,系统在未进行滤波和PID控制时,响应速度特别慢、误差大、振荡严重,见图5。在未进行滤波而引入数字PID控制时,响应速度明显加快,但振荡问题未能得到解决,这是由于喘振现象的存在;当管道压力与设定值近似相当时,水锤效应影响明显,压力波动异常,PID的参数跟踪整定,形成恶性循环,管道中空气的存在也会导致振荡问题。
该系统是按照工业生产需求设计的,实现了预定的一系列功能,保证了系统的稳定和性,在长时间运行中了良好的效果。只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。
在水轮机调速器中的应用
我们在水轮机调速器的研制中采用三菱CC-bbbb总线作为双PLC互为备用的通道,现简介如下:
1.调速器的硬件部分构成:调速器的硬件配置主要由两套配置相同的PLC组成:主基板、电源模块、CPU模块、I/O输入模块、I/O输出模块、A/D模块、D/A模块、高速计数模块、CC-bbbb通讯模块。监控画面采用平板液晶电脑(带触摸屏),与CC-bbbb总线通讯采用安装PCI CC-bbbb接口卡A80BDE-J61BT13构成。
2.双PLC间数据通讯的实现:可以定义任一PLC系统为主站或备用站,PLC间通讯速率为0Mbps,仅需在CC-bbbb模块上设置站号,0号站为主站。通信方法如下所示:主站对应的X点,为本地站的Y,如:本地站的Y1000点的输出为主站的X2000的输入。相对应的D寄存器相同。
3. PLC CC-bbbb的软件设置采用三菱公司GX Developer软件设置:
CC-bbbb模块数:表示本套PLC基板上CC-bbbb模块的数量,调速器调节器仅有一块。
起始I/O号:表示CC-bbbb模块安装在基板上的位置,调节器模块安装于除电源模块和CPU模块的八个槽位。
类型:定义该套系统的CC-bbbb模块为主站还是本地站。(与模块上的站号开关设置有关)。
总链接数:仅在主站中需设置,由于存在B套PLC(本地站)和PCI CC-bbbb卡,故为2套本地站。
远程输入(Rx)刷新软元件:设置为m2000。远程输入(Ry)刷新软元件:设置为m4000。
远程输入(RWr)刷新软元件:设置为D1000。远程输入(RWw)刷新软元件:设置为D2000。
再送次数:当出现通讯故障时,重试再次链接的次数。站信息:当点击站信息时,出现下面的画面
4.PLC间 CC-bbbb的数据通讯。以上通讯故障判断事件仅为200ms,通讯故障时,数据不会被清零,维持通讯故障前的数据。本地站由于占用4个站,各站的读写数据量为4个字和32个I/O量,则通讯的数据量为128(32bit×4)个位变量和16(4Word×4)个字变量,由于调速系统中的实时数据量的交换不是很大,交换的数据主要有:导叶开度、机组残压频率、齿盘测量频率、机组功率、实时水头、各种给定值(频率给定、开度给定、功率给定)、开度限制等等。至于需要多的数据交换量,可以采用标志位的办法。如:位变量bit1=0时发送数据包DATA1_0[16]位变量bit1=1时发送数据包DATA1_1[16]..位变量bitn=0时发送数据包DATAn_0[16]位变量bitn=1时发送数据包DATAn_1[16]由于位变量的通讯量为n=128,则整个通讯数据(发送与接收)ΣDATA=2×2×128×16=8192 WORD。对于该通信数据量,远远能够满足调速器系统要求。
-bbbb与工控机的数据通讯: 工控机采用研华的PPC-123型平板液晶电脑,安装PCI CC-bbbb接口卡A80BDE-J61BT13与CC-bbbb总线通讯。接口卡中预置了支持各种OS地驱动程序bbbbbbs2000,bbbbbbs NT Ver 4.0,等)。在附带的CC-bbbb Utility软件上可以设定相关参数。将接口卡作为本地站使用,站号和通讯等参数与PLC CC-bbbb软件的从站设置相同。通过CC-bbbb接口卡附带的动态库接口函数,可使用VC和VB开发应用程序,实现与CC-bbbb上其它站的数据通讯。
6、由于采用的CC-bbbb方式具有10Mbps的通讯速率,双机的数据交换基本上为同步的,为水轮机的调节提供实时的数据。并且该方式为开放式的总线,具有高的性。为可贵的是该种方式具有高的性价比,合适的价格、适当的通讯数据量、高的通讯速率、性等等。