S7—200在循环水冷却塔风机自动控制中的应用.pdf

HM I 及PLC 控 制 系 统 l | 一 l 0 | | | l l | | | | 。 0 | | 0 | - S 7 2 0 0在循环水冷却塔风机 自动控制中的应用 冯宜军 先尼科化工 上海 有限公司， 上海 2 0 1 7 0 7 摘 要 采 用 S 7 - 2 0 0 P L C、 H MI ， 配 合 温度 传感 器及 变频 器 ， 实现 了多台循 环 水冷 却塔 风 机 成 组 自动 控 制 ， 完全 不 需要人 工 干预 ， 能 实现友 好的人 机信 息 互换 ， 节 能效果显 著 。 关 键词 冷却塔 风机 ； 自动控 制 ； 人 机界 面 ； 节 能 7 - 2 0 0 Ap p l ie d i n Au t o ma t i c Co n t r o l o f Co o l i n g To we r F a n o f Ci r c u la t i n g W a t e r F E NGYi - j u n C 1 NI C s h a n g h a i C o ． ， L T D， S h a n g h a i 2 0 1 7 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t S 7 2 0 0 P L C， HMI ， t e mp e r a t u r e s e n s o r a n d i n v e r t e r a r e u s e d t o i mp l e me n t t h e a u t o ma t i c c o n t r o l o f s e v e r a l c o o l i n g t o we r f a n o f c i r c u l a t i n g wa t e r ． T h e f r i e n d l y ma n ma c h i n e i n f o r ma t i o n e x c h a n g e i s i mp l e me n t e d ． T h e e n e r g y - s a v i n g e f f e c t i S r e ma r k a b l e ． Ke y wor d s c o o l i n g t o we r f a n； a u t o ma t i c c o n t r o l ； ma n ma c h i n e i n t e r f a c e； e n e r gy s a v i n g 1问题 的提 出 先尼科化工 f 上海 有 限公 司是一家化工 企业 ． 循 环冷却水 系统是重要 的公用 工程 ． 出水温度精 度需要 达到设定值 的 1 c I 系统建有 4座冷却塔 ，共配 置 4 台 1 l k W 的冷却风机 风机运行 方式最初设计为人工 方式 手动启动 风机 ， 并按 出水温度 的变化 ， 间断改变 风机运行 的台数 该方式弊病 1 费人工 操作工需要每 日多次观察 出水温度 ， 根据偏差 ． 增减风机的运行 台数 当生产有变动 ． 而风 机运行 台数没有适 时改变时 ． 出水温度 可能高于或低 于 目标值 ． 前者会影响生产 ． 后者会导致高能耗 。 2 调节精度差。这种增减风机运行 台数 的方式 ， 无法让 出水温度 的精度完全满足生产需要 3 风机启停频 繁 ． 对设备损伤 大 ． 增加 了发生故 障的概率 2改造 目标 经过对 系统 的认 真调查和研究 ． 决 定对系统进行 自动 化改造 ， 改造 目标 实 现完 全 自动 ， 无 需人 工 干 预 ； 配置友好的人机界面 ， 实现 良好 的人机交互 ， 方便 作 者简 介 冯 宜军 1 9 7 2 ． ， 仪 电主任 ， 仪表 高级 专 员 ， 仪 电 主 管 ． 负责 生产 装置 自动 化设 备 的维护 、 改造 以及 新项 目 建 设 。 收 稿 日期 2 0 1 2 0 3 一 叭 5 2 WWW． c h i n a c a a a ． c o m 自动化应用 随时改变 系统参数 ， 同时能及 时查看 相关参 数 出水 温度满足生产工艺需要 。 3改造方案 根据 观察 ， 从冬季到夏季 ， 正常生产时 ， 风 机运行 台数在 2 ～ 4台变动 ． 可 以将其 中 1 台设为定速 常开 ． 1 台为变频驱动 ， 另 2台由程序确 定其启停 。风 机控制 方式如表 1所示 。 程序 流程如 图 1所示 。 图 1 程 序流程 表 1 风机控制方式 雹 控 制 方 式 启 动 条 件 停 止 条 件 T1 常开 5 1, 要有一 台水泵运行 所有水泵均停 止 水温高于设定值 水温低于设定值 T 2 程 序 控 制 翠 囊 蓄 爵 时 。 开启 前 3 个条件均满足则延时停止 援 一th o ⋯ 止 输 水温高于设 定值 变频器输 出大于 9 5 ％ 水温低于设定值 T 4 程序控制T 2风机已经开 变频器输出低于 2 0 ％ 前 3个条件均 满足则延 时 前 2 个条件均满足时延时停止 开 启 需要 把水 泵和风机 的运行 进行 关联 。如果 不关 联 ． 会 出现水泵 已经全部 停止 ． 而风机 还在运 行 的情 况 ， 白白浪费 电能。 硬件配置如表 2所示 。 表 2硬件配置 名称 型号规格 品牌 数量 眦 M 6E S 7 21 4 1 N B D2 3 一 OXB 8 咖 m I1 s】 订货号 一 一 “ P L c温 度 输 入 模 块 7订 - 货 2 0 号 0 CN 6 E ／ E s M 7 2 2 3 3 1 1 C N 7P A B I 2 2 2 一 * 0 R x TD A8 ie m e n s 1 c 模 拟 量 输 出 模 块 善 冀 A 蹊 “ 订 货 s ie m e n s- P P I编程 电缆 s i e me n s 1 触 摸 屏 OP 3 2 0 一 A S 国 产 1 2 4 VD C开关电源 S 一 1 0 0 2 4 台湾 明纬1 变频器 AT V 31 HD1 1 N 4 A 施耐德 1 铂电阻P t 1 0 0 三线制 2 软 件 安 装 需 要 安 装 s i e me n s的 S T E P 7 一 Mi c mWI N V 4 ． 0 S P 4版本 ． 这是一个升 级包 ． 支持很多新 的 C P U。 此 软 件 只 能 运 行 在 w i n d O ws 2 0 0 0 S P 3 或 w i n d o w s X P下 ． 不支持 V I S T A或 w i n 7 。安装 目录最好 取英文名字 ． 以避免出现不 必要 的安装错误等 系统原理如 图 2所示 注 1 0 0一 手 自动转换 ； 1 0 6 ～ 风机 T 4运行反馈 Q O 2 一 风机 T 4运行 I O1 一 水泵运行 信号 Q O 0 一 风机 T I运行 ； Q O 3 一 风机 T 3运行 ； 10 5 一 风机 T 2运行反 馈 Q O1 一 风机 T 2运行 A I W0 一 进水温度 ；AI W2 一 出水温度 ； P Q W0 一 P I D模 拟量输 I Jj 。 图 2系统原理 图 HM I 及PLG 控 制 系 统 4 S 7程序编 制 1 按照需 要编 写符号 表 ， 包 括 I ／ O、 M存储 位 、 V 存储字／ 双 字 、 时间继 电器等 。 2 程序 框架按 照流程 图编写 。 3 需要 加入 T 2 ／ T 4风机启停次数统计 的功能 。 使 用 S 7 2 0 0的脉 冲上升沿捕 捉功能 『 P ] ， 采集 接触器辅 助触头 的闭合次数 ． 同时使用 A D D _ I 功能 ． 即可实现 计数 但在程序每次启动前需要利用 S M 0 ． 1 对计数进 行清零 4 引入 P I D指令控制 5 设置与触摸 屏进行数据交换 的各变量 6 对各参数赋 初始值 5触摸 屏组态 共 6 副 画面 ， 其 中 3副如下 1 温度显示 画面 组态进水温度 显示 、 出水温度 显示 、 出水温度设定值 。 2 P I D参数设 置画面 组态 P I D实时输 出值显 示 、 P I D各参数设 定。 3 T 2风机时间控制 画面 组态延 时开启及停止 时间设定 、 实时计时。 6调试 将 组 态 好 的画 面 下 载 到 触 摸屏 ．程 序 下 载 到 PL C。 手 自动转换 开关 打在 0位 ． 通过 人机界面观察各 参数 如进 出水 温度等 是否正常 ． 并对 写入类参数进 行设置 。目的是检查 P L C能否将显示类 数据适 时传递 到 H MI ． 同时 H MI 的写入参数能否正确传递到 P L C 手 自动转换开关转至手动 ．此时所 有的风机应该 处于停止状态 ． 手动依次开启 和停止风机 T 1 ／ T 2 ／ T 4 ． 过 程应该正确无误 手动时 T 2 风机变频器应该不启动 手 自动转换 开关 转至 自动 模拟水 泵全部停止 ． 此 时输 出应该全部停止 自动状态下 ， 将 出水温度设定值设 得 比实际值高 2 C， 目的是 观察 P I D的正 、 反作 用是 否搞 错 ． 如 果错 误 ． 则将增益改变符号 温度 对象纯 滞后大 ．根据 经验公 式设 定采 样周 期 ， 经过反复经验凑试 ， 得 到 P I D各参数 增益 K 一 1 积分 时间 1 5 mi n ；微分 时间 0 ． 5 mi n；采 样时 间 1 5 s 。在 以上参 数下 ， P I D能及 时响应温度 的变化 ． 出水温度始终保持在设定值 的 0 ． 5 ℃． 超过了预期 经 过连续 2周 的观察 ． T 3风机 变频 器输 出频率 9 0 ％时间维持在 1 0 ～ 3 0 H z ． 风机节能相 当可观 自动化应用 2 0 1 2 5期 5 3 HM I 及PLC 控 制 系 统 7注意事项 7 ． 1关于输人模拟量的处理 信 号输入 为 P t l 0 0 铂 电阻 ． 选用 西门子的 R T D专 用模块 E M2 3 1 该模块 为双通道 ． 可 以按 2线N／ 3 线 制／ 4 线制接线 本次采用最常规 的 3线制 P t l 0 0 不 同 类 型 R T D． 其上配置的 8 位 D I P拨码需要拨到不 同的 位置。 注 意温度量程 E M2 3 1 对应 P t 1 0 0的正常量程范 围是一 2 0 0 ～ 8 5 0 c E P I D模块 只接受 0 ． 0 ～ 1 ． 0的工程量 化数据 ． 输入到 P I D的 P V值和 S V值 ． 应该 事先转化 成 0 ． 0 ～ 1 ．0的实数 如来 自于 H MI 的温度设定值 ． 要 除 以 8 5 0 ． 得 到一个 0 ． 0 ～ 1 ． 0的实数 来 自于现 场 的出水 温度经转 换成实 数后要除 以 8 5 0 0．得到 一个 0 ． 0 ～ 1 ． 0 的实数 温度数据格式 的转换 如果 H MI 上要显示 小数点 后 ．其对应数据类型必须定义为实数 ． E M2 3 1 采样 进 来 的值转化成 1 6位整数 ． 需要在程序里将 1 6 位整数 转换成 3 2位实数 。因为输入 的整数是十进制 ． 采用的 单位是 0 ． 1 ℃ 比如输入是 1 0 0 2 ，则 表达 1 0 0 ． 2 o C ， 故 需要将得到的实数除以 1 0 必 须注意顺 序 ． 应 该先将 输入 的整 数转换 成实数 ． 再 除以 1 O ． 即可得到带小 数 点的实数 7 ． 2关于输出模拟量的处理 本例只有 1 个模拟量输 出 ， 即到变频器 的调速信 号 。E M2 3 2是双通道模 拟量输 出模块 ． 输出范 围和类 型是 0 ～ 2 0 m A， 或者 0 ～ 1 0 V D C 。在单极性 信号里 ． 对应 的十进制范围 0 ～ 3 2 0 0 0 。在程序 里 P I D的输 出是一个 工 程 量 化 的 0 ． 0 ～ 1 ． 0的 实 数 。而 模 拟 量 输 出 模 块 E M2 3 2只接受 1 6位整数 ． 所 以需要数 据格式转换 ． 再 赋值到输 出模块 7 ． 3 P I D指 令表 的使用 、 调试 在 S 7 2 0 0里 ， 该 模块 为封装 的 ， 用户 只能使 用 ． 不能打开 。要注 意各管脚 的数据类型及 占用的位长 ． 其相互间 的地址偏移量是固定 的 7 ． 4数据格式 因 HM I 和 S 7 2 0 0之间有数据交换 ．所 以数据格 式 必须定义 正确 ， 比如整数 、 双整 数 、 实数 、 工 程量化 数值等 7 ． 5变频器设定 变频器 的最低输出频率锁定在 1 0 H z ． 防止电机长 期运行在更低 的频率下而发热 ． 影响使用 寿命 8结语 采用 S 7 2 0 0、 HMI 、 变频器组成 的 自动控制 系统 ， 实 现了无 人值 守 ， 完全 自动化 ， 温度控 制精度高 ， 节约 了大量 电能 ， 保 护了设备 。投入 不大 ， 但 效果 非常显 著 ， 达到了预期 目的。 上接第 4 6页 液 设 图4恒压给药箱给 药示意 图 5结语 图 5 定压给药箱液位控制策略 Y 加药 系统实 现了数字化 、 自动化 ． 操作方便 。节省 药剂 ， 提高精煤 回收率 ， 增加 了经济效益。系统可靠性 5 4 WWW． c h i n a c a a a ． c o r n 自动化应 用 高 ． 能适应 选煤现 场较为恶 劣的环境 ． 并且 P L C具有 很好的故 障 自诊 断功能 。 信 息全 面 ， 数据准确 ， 管理实 现科学化。 参考文献 [ 1 】范素青，等． 洗煤厂浮选 自动加 药装置的研制与应用 [ J ] ． 煤 炭 工程 ， 2 0 1 0， 1 1 1 0 6 - 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