PLC控制的发射机冷却单元风机变频控制.pdf

智慧工厂S mart FactoryS mart Factory May 2020May 2020 PLC控制的发射机冷却单元风机变频控制 On Fr equenc y Co nver sio n Co nt r o l o f Fan in Co o ling Unit o f Tr ansmit t er Co nt r o lled by PLC 国家广播电视总局654台 王嗣祥Wang Sixiang 摘要在精简介绍PLC工作原理的基础上，系统分析广播电台射频发射机冷却系统自动化控制需求，提出基于PLC的解决方案并且给出技术 实现。 关键词PLC控制发射机冷却单元风机变频控制 Abstract Abstract lhe concise introduction of the working principle of the PLC, automation control system analysis radio rf transmitter cooling system requirements, put forward the solving scheme based on PLC and gives the technical implementation. Key words Key words PLC control atransmitter cooling unit fan frequency conversion control ［中图分类号】G220.7【文献标识码］B文章编号1606-5123 2020 05-0053-03 1引言 本文围绕基于PLC控制的发射机冷却单元风机变频控制 系统进行探讨与研究。该系统主要涉及到PLC、触摸屏以及 变频器等三大部分。系统包含的三个风机，分别利用变频器 与风机自身工频来进行控制。其中工频运行风机的操作，主 要控制依据为出水温差,凭借此可以对水温进行一个初步控 制，通过变频控制的风机，则可以对水温进行准确控制，基 于此，发射机冷却单元中的水温可以一直维持在一个稳定的 范围之内。 2 PLC工作原理解析 PLC采用程序扫描周期方式运行。每个周期内主要分为 输入采样、用户程序执行以及输出刷新等三个阶段。在PLC 运行过程中，其CPU会按照一定的速率对上述三个阶段进行 重复,图1为具体流程。 用户输 A 设一备 输入喘子 输入锁存鬥 读 一输入映务寄存器一 程序执行 写 读 输出映象寄存器 输岀锁存器 输出髓子 用户输岀设备 2.1输入采样阶段 当PLC通电并完成自检后，进入第一阶段，即输入采 样。PLC会对所有现场设备的输入状态与模拟量数据进行扫 描以实现读入，然后在I/O映像区中相应的锁存器单元中将 这些信息进行存储。 2.2用户程序执行阶段 用户程序秩序过程中，CPU首先发出指令，以指令步序 号为依据进行周期性循环扫描，在没有跳转指令的情况下， 系统就会按照第一条指令，对用户程序进行逐一执行，直至 结束。 在执行程序时，当对立即I/O指令进行调用的情况下， 那么就可以对I/O点进行直接存取。换言之，就是对I/O指令 进行调用，那么就不会更新输入过程影像寄存器的值，此时 程序取值是通过I/O模块来实现的，与此同时输出过程影像 寄存器会在第一时间内更新，相较于立即输入，二者显然存 在一些差异。 2.3输出刷新阶段 在完成用户程序扫描后，PLC则开始输出刷新阶段。这 阶段CPU会以I/O映象区内对应的状态和数据为依据，对 全部输出锁存电路进行刷新，然后在输入电路的驱动下，使 相关外设得以运行。在此情况下，PLC才算是真正意义上的 输出。在输入采样与输出刷新两阶段中，I/O映象区中的相 应单元的状态和数据是不会因为输入状态与数据的波动而发 生变化的。鉴于此，我们将输入当做脉冲信号时，那么脉冲 DISCRETE MANUFACTURING 离散制造 信号的宽度应该要比一个扫描周期大，否则输入就有无法被 读入的可能。 3广播发射机冷却系统设计 对于广播发射机冷却单元风机控制系统来讲，变频器 内配备有PID功能，该项功能能够形成以温度为控制对象的 闭环控制。在系统运行过程中，发射机冷却单元风机能够按 照一定范围来控制出水温度，其中变频器速率则是实现降温 的主要参数。利用变频器操作面板能够设置温度信号的给定 量，出水管路会按照4-20mA的电流形式对温度反馈量进行 检测，并输入到RD,之后基于PI参数的设置，既可以实现 闭环控制目标。 3.1冷却风机变频系统 参见图2所示，出水总管安装有温度传感器，并按照 4-20mA的标准信号来转换出水温度信号，向PLC模拟输入 模块进行输送，最后进行相关数值BCD码的转换，禾I」用 已完成编译的PLC程序，获取到具体的数值，并与触摸屏上 温度的设定值进行对比，然后向变频器输送对比的参数结 果，利用变频器对其中一台电机的转速进行控制，并以出水 温度的实际值为依据，通过PLC对工频启动的风机数量加以 控制，从而按照设定的温度参数来控制发射机冷却单元的回 水温度范围。 图2 2发射机冷却单元风机变频控制系统原理图 图2中，变频器能够将可变频率的电源提供给电机，从 而使电机无极调速得以实现；水管水温通过温度传感器得到 检测；人机界面的功能则是实现与PLC的通讯，将相关参数 实时显示出来，并对具体的给定值进行设定。根据上图，风 机分别为M1、M2、M3。前两者属于工频控制，后者则属于 变频控制。在系统启动后，所有风机均处于待机状态，在出 水温度发生改变的情况下，系统将会自动运行。如果出水温 度与开机温度的设定值相当，那么M3风机将会启动；在温度 不断提高的情况下，工频启动的设定值已经比水温要低，此 时M3风机将会进入到全频运行状态，与此同时M1风机也开 始启动；如果再次升温，那么M2风机也随之启动。当M3风 机运行频率达到5 0.0H乙那么另外两台风机也开始运转， 且温度与报警上限值相当，此时系统就会有报警信号产生。 如果温度降低，且比设定的工频启动值要低，此时M2风机 运行将会停止；在持续降温的情况下，M1风机运行也随之停 止；当温度与M3运转频率降至一定范围内，那么M3风机运 行也停止。 3.2冷却风机控制流程 将变频调速运用于发射机冷却单元的控制当中，应该对 以下几点事项予以关注 1 在大部分情况下，发动机冷却单元风机拖动部分拥 有的转动惯量处于较高水平，针对此应该适当增加加减速时 间的给定值，一般以30 5 0s为宜。 2 在系统运行过程中，考虑到外界风力会驱动冷却风 机自转，如果将变频器启动，那么电机将会进入到再生状 态，此时就会有故障跳闸现象发生，因此应该选择转速跟踪 模式，然后在启动变频器。通过这种操作，就可以在启动变 频器之前实现电机转速与方向的检测，从而在平滑、无冲击 的状态下来启动旋转中的电机。 3 大部分情况下系统电机都属于普通型号，因此其运 转频率应该设置为最低值，如此可以使电机温度的提升保持 在一个合理的状态，通常情况下会按照20Hz来设置频率下 限值。 4 考虑到冷却风机的运转频率如果处于较大范围，此 时为了避免其在特定转速下发生机械共振，就必须做好试运 行的检测与分析工作，通过对参数进行修改，将系统固有频 率列为跳跃频率。 3.3 PLC控制系统系统控制要求 PLC控制系统系统控制要求参见下表所示的三台风机基 本工作方式 三台风机的基本工作方式 运行顺序1 1 运行顺序2 2运行顺序3 3 方式一 33风机变频运行 方式二 33风机变频运行11风机变频运行 方式三 33风机变频运行 风机变频运行 22风机变频运行 在启动风机时均会发生延时现象，凭借此能够对电流 加以控制，对其他用电设备提供保护；报警功能完善；风机 操作应该具备手动与自动两种形式。传感器选用PT100, 将4-20mA的信号送入模拟输入模块；变频器选用施耐德的 智JKJK工厂S mart FactoryS mart Factory May 2020May 2020 ATV28,这款产品的功能相对完善，包含了过热和过流保 护、电源欠压和过压保护、缺相保护等等；基于PLC模拟量 输出端子，对变频器频率加以控制，如此一来，风机速度就 可以与温度给定值相匹配，此时发生及冷却单元水温也将处 于一个恒定的状态 代码代码说明说明 ACCACCAccelerationAcceleration■一s s5s5s DECDECDecelerationDeceleration■■s s5s5s T CCT CCT ermS tripCo nT ermS tripCo n2W2W T CTT CTT ype 2 WireT ype 2 WireLELLEL CrLCrLAI2 min R efAI2 min R ef4mA4mA CrHCrHAI2 max R efAI2 max R ef20mA20mA PLC及模块采用施耐徳Ne zm系列产品的TSX08CD12R8D 和TSX08EA4A2,前者为CPU本体，带有12点输入，8点继电 器输出，有实时时钟，24VDC电源；后者为扩展模块，模拟 量4路入，2路出，12位精度。风机电机的控制系统电原理图 图2中有手动/自动选择开关，手动运行时，可用SB1、 SB3和SB5控制三台风机工频或变频的起动，SB2、SB4、SB6 可停止三台风机。自动运行时，系统在PLC程序控制下运 行，KA5、KA6、KA7、KA8是与PLC输出端连接的中间继电器 KA5、KA6、KA7、KA8的常开触点。图中的LB1LB8是各种 指示灯，显示三台风机和系统的状态。 4箔束语 室外环境因憲对发射机水冷系统产生的影响较大，通 常情况下，系统设计与设备选型都需要对最不利工况进行考 虑。发射机冷却单元风机的节能控制是以水冷系统为依据 的，就节能层面上”这种控制模式具有很高的研究与实躅价 值。在本文研究中，笔者选取了两种工程，即单机与多机， 在控制措施方面也提出了几点意见，只在实现运行效果的优 化，希望能够从理论层面上提供一点参考与借鉴。 參号文献 ［1］ 吕汀,石红梅变频技术原理与应用吕汀,石红梅变频技术原理与应用㈣㈣.北京机械工岀版社，.北京机械工岀版社， 200376-76 ［2］ 陈昌志,郑先锋,王丽艳.微机原理与接口技术口涼科学出版陈昌志,郑先锋,王丽艳.微机原理与接口技术口涼科学出版 社，社，20132-32 ［3］ 森下正志.电气设备故障分析与对策森下正志.电气设备故障分析与对策［Ml .北京落学岀版社北京落学岀版社， ，2009 399-4.07 ［4］ 碱宾轴器站匕京漑碱宾轴器站匕京漑l i l tak出版社出版社,2007 236-238 ［习吕艳［习吕艳JPLC、、变频器在中央空调冷却水泵节能循环控制中的应用变频器在中央空调冷却水泵节能循环控制中的应用［］］.［］］. 自动化族,自动化族,2010290123-124 ⑹江飙抄可编畔制器原用西安西安电钿狀⑹江飙抄可编畔制器原用西安西安电钿狀 学出版社,学出版社,1993年年 ［7］ ［7］ 施耐德电气公司施耐德电气公司Al ti var28TbIemecani queO器器2002年年 ［8］ 施耐德电气公司施耐德电气公司PL7 Mi cro软件参考手册软件参考手册2003年年 ［9］ 姚玉航邓蕾蕾，曹丽英琳机组成与结构教程姚玉航邓蕾蕾，曹丽英琳机组成与结构教程［M］. 谅北京大谅北京大 学出版社,学出版社,2012年年 作者简介 王嗣祥1981-男研究方向电气自动化装备管理工 程领域