基于西门子PLC的风机系统的研究与实现.pdf

7 6 基于西门子 P L C的风机系统的研究与实现 基于西门子 P L C 的风机系统的研究与实现 Re s e a r c h a n d Re a l i z a t i o n o f F a n S y s t e m Ba s e d o n Si e me n s PL C 陈 欣 ’ 王浩宇 郎 朗 ’ 1安徽工程科技学院安徽省 电气传动与控制重点实验室， 安徽芜湖 2 4 1 0 0 0 ； 2 江 东船 厂 ， 安 徽 芜湖 2 4 1 0 0 0 摘 要 介 绍了一种基于西门子 P L C的风机变频调速 系统 ， 是在 工业控制 网络实验 室设计并 实现成功的。该 系统中， 上位机采 用西 门子 Wi n C C 组态软件 实现监控 ， 下位机 采用 S 7 4 0 0控 制器 ， 同时选用 了 A B B变频 器。通过 P L C算法 实现的过程 ． 比较 变频 控 制 与 风 门控 制 效 果 明 显 的 区别 ， 提 出 了风 机 变频 调速 系统 的优 越 性 。 关 键 词 风 机 系统 ， 西 门子 P L C 变频 ， Wi n C C Ab s t r a c t Th is p ap er in t r o duc e s a sp ee d c on v e r t i n g s y s t e m o f f an ba s e d on s i e me n s PL C，wh i c h is r e al iz e d i n t h e i n du s t r i a l c on t r oll in g ne t wo r k lab or a t o r y． I n t h is s y s t e m． t h e P C u s es t h e co n f igur a t ion s o f t war e一一WinCC t o wa t ch an d co n t r ol ，t h e b o t t o m U S e s t h e ad va n ce d 7- 4 00 con t r ol le r ， i n ad di t i o n of ABB c on v er t er ． I n t h e r e ali z a t i on pr o ce s s o f t h e PI D Ar it h me t ic ，we c ompa r e t h e c on t r o l l in g e f f e c t of c on v ert er an d f a n W e f i n d t h at c on v ert er i s mor e e x c ell e n t t h an f an ． Ke y wo r d sf an s y s t em，s i e me n s P LC，co n v ert er ， WinCC 嚣 本文提 出一种基于西 门子 P L C的风机变频调速系统 ， 它不 仅具有 网络监控功能 ， 也实现 了风机系统变频调速 的功能。 l 1 系统总体结构 我 们 采 用 了 基 于 以 太 网 和 P R O F I B U S现场总线 的网络通讯结 构 ，工控机到 S 7 4 0 0控制器采用以 太 网 通 讯 方 式， 底 层 采 用 P R 0 F I B U S D P现场总线 ， 用于下位 机 P L C S 7 4 0 0控制 器 和 E T 2 0 0 M 的通讯。系统结构图如图 1 。 在 S t e p 7软件 中 进 行 硬 件 组 态 ， 网络配置图如图 2 。 的 P I D程序 ， 它的核心是 S t e p 7软件包 中的 F B 4 1功能块 L DB1 1 ． FL 0w SE T L 4 O O O O O O e O O 3 ／ ／ 流量满量程 ／ R L 1 O O O OO Oe O O2 R T MD1 0 0 8 ” ／ ／ 计 算出百分数 L DB1 1 ” ． f l o w _r e al L 4 O O O O O O e O O 3 ／ ／ 流量满量程 ／ R L 1 OO O OO O eO O2 R T MD1 0 1 2 ／ ／ 计算 出百分数 L DB1 1 ． f l o w_dea d _widt h L 4 O O O O O O e O O 3 ／ ／ 流量满量 程 ／ R L 1 OO O OO O eO O 2 R T MD1 0 2 4 C AL L C ON T _ C ，D B 2 1 ／ ／ 调用 P I D算法块， 指定 D B 2 1 COM R S T F A L SE ／ ／ 作为 PI D数据块 MAN ON sp ee d pid m anu” P VPER _ON F AL SE ／ ／ f als e 网 络 配 置 图 匕 L l H U匕 软件系统 包括 编程软件 S t e p 7 V 5 ． 3 ； 组 态软件 Win C C 6 ． 0 l s E L T R U E McGs、 V B等 ； S l MA T I C N E T工业 网络组 态与管理 ； N l T L _ T _H 。 O L D F AL S F AL E S i i E 。P c技术 。 D 2 风机 系统 P I D算法的实现 C Y C L E 50 OMs 风机系统 设计 的目的就是能达到理想化的控制风机流量的 S P I N T ． MD1 0 08 效果 ， 因而 P I D算法 的实现是最关键的。 下面是风机变频器控 制P V I N M D 1 0 1 2 ， ／ t r u e ／ ／ f a l s e ／ ／ f a l s e ／ ／ 设定流量百分数 ／ ／ 反馈流量 百分数 维普资讯 工业控 制计算机 2 0 0 8年 2 1卷第 3期 P v P ER MAN ” DB1 S P E E D _ADJM ／ ／ 手动速度 变频 调 节值 GA l N DB 3 0 “ ．T E MP ． D1 6 T I ” MD1 0 1 6 ” ／ ／ 积分时间 T D ” MD1 0 2 0 ” ／ ／ 微 分时间 TM L A G T 2 S DE ADB _W ” MD1 0 2 4 ” ／ ／ 死 区范 围百 分数 L MN HL M ” DB1 s pe e dhill mit ／ ／ 频 率上限 L MN L L M ” DB1 sp ee dI o_l i mi t ／ ／ 频率下 限 P V_F A C 1 ． O O O O O O e O O O P V_OF F O．OO OO O Oe OO 0 L MN F A C 1 ． O O O O O O e O O O L MN OF F O ．O O O O O O e O O O LI T L V A L DI S V L MN OU T_S P E E D L MN PE R DB3 0． DBW2 02 QL MN HL M QL MN L LM L MN P L MN I L MN D PV MD1 3 0 0 ER MD1 3 04 NOP 0 接着 说 明一 下 S t e p 7软 件包 中的 F B 4 1功 能块 的 使用 方 法 。在 F B 4 1中可 以用 3种方式计算 1 百分比 ， 就是将设定值 、 反馈值 、 输 出值 和上下限值等 ， 换 算 为百分数 的形式 ； 2 工程数据 ， 将上述数据转换为工程数据 ， 如流量为 3 0 O m3 ／ h 等 ， 速度为 5 4 ％； 3 整型 ， 就是将数据转换 为 P L C 中模拟量的存储格式 ， 2 7 6 4 8 表示 1 0 0 ％； 上述 3种方法都可以 ， 但无论用哪一种方 式 ， 所 有的相关数 据格式必须统 一。 本系统 中流量 P I D使 用 的是方 式① ， 因为 P I D在 这种方式 运行时 ， 计算结果与 P I D算法公式完全吻合 。 MnMPnMI n MDn 输出 比例 相 积分项 微分项 MP n K c十 S P n P Vn 、 MI n K c十 T S fr l 十 S P n P v n MX MD n K C十 T D fr S十 P V n 一1 一 P V n 统一数据格式见上面 P I D算 法程序的上半部分 ， 完成后 ， 就 开始调用 P I D算法模块 F B 4 1 。 F B 4 1包 含 在 S T E P 7的 基 本 软 件 包 内 ，在 函数 库 L 』 - b r a r i e s 中 的 P I D C o n t r o l B lo c k s中 ， 调用 F B 4 1 ， 调用 时提 示 输入 DB名。 在 P I D调用 时， 有关 P I D算 法的所有数据 都将 保存 在一个数 据块中 ， 不 同的 P I D 回路要 使用不 同的 DB， 如果 程序 中还没有这个 DB块 ， 系统提示将创建一个 D B。创建 的 DB块 是固定格式 的， 存储 的都是 F B 4 1中用到 的 P I D参 数。填入 D B 后 ， 出现 P I D算法 的参数 列表 ，根 据控 制要求填 写需要 的参数 。 参数 的选择见前面 P I D算法程序 。 3系统组态 在工业控制网络实验室 ，我们使用 了多种组态软 件 ，包括 Wi n C C、 MCGS等 。下面 以 Wi n C C组态软件来说 明监控结 果。 在风机系统 中， 流量控制包括 流量 手动 开环控 制 、 流量 自 动 闭环控制 ， 闭环控制 又包括变频控制和风 门控制 。 通过流量实时趋势图来 比较风门控制和变频控制效果的差别。 3 ． 1 风门闭环控制 为了直观地观察 P I D的运行效果 ，在画面上提 供了一个 过 程值和设定值的趋势图。 图 3组态 监 控 画 面 图 3中的纵坐标为参数值 ， 横坐标为时间 ； 水平的线条为流 量设定值 ， 曲线是 过程值 流量反馈值 。 启动 风机 ，切换 到流量 自动模 式 ， 观察 P I D 回路 的运行情 况 输 出和反馈 的变化 特点 ， 调节流量 的设定值 通过数字输入 或滚动条 ， 观察反馈值 的跟踪情况 ， 注意观察趋势 图中的曲线 。 3 - 2 变频闭环控制 选择变频控制 ， 同样调节流量设定值 ， 来 观测流量实时趋势 曲线 。 变频控制 的效果 明显优 与风门控制 。 在改变流量设定值 的 时候 ， 它能一次性 地跟踪上去 ， 反馈值达到流量设定值。 当然 ， 变 频控制在节能方面大大优于 风门控制 ，这在很多文献 中有所 阐 述 ， 在这里就不介绍了。 4结束语 本 系统采用 了先进 的西 门子 P L C控制器及其技术 ， 上位机 用 Wi n CC进行组态 ， 监 控风机系统 的运行情况 ， 通 过变频控制 与传统 的风门控制进行 比较 ， 得 出结论 ， 工业上风机 系统采用变 频调速系 统 ， 不仅节能 ， 而且 能够 达到非常好 的控制效果 。 参考文献 [ 1 ] 王仁祥 ， 等． 现代 可编 程控制器 网络 通信技术 [ M] ． 北京 中国电力 出 版社 ， 2 0 0 5 [ 2] 阳宪惠． 现场 总线技 术及 其应用[ M] ．北 京 清华大学 出版社 ， 2 O O 2 [ 3] S T E P 7 V 5 ． 3编程手册[ K] ． 西 门子公 司， 2 0 0 4 [ 收稿 日期 2 0 0 7 ． 1 0 ． 1 5 ] 维普资讯