用于风机变频节能的PLC加法运算控制.pdf

设计 实 D e s ig n I d e a s 电气自动化} 2 0 1 2 年第3 4卷 第6 期 用于风机变频节能的 P L C加法运算控制 黄伟，陈惠民，陈灿 上海宝钢设备检修公司， 上海2 0 1 9 0 0 摘要风机的变频节能改造采用了以作业镀槽的台数来调节风机转速的方案， 同时在 P L C控制程序编制过程中， 使用加法运算替代 了逻辑运算， 并通过提取运算结果的特定位以直接输出变频器多步频率选择信号。最终， 编制了简易、 可靠的风机变频控制 程序 。 关键词P L C； 变频节能技术 ； 加法运算； 电镀； 废气处理 [ 中图分类号]T P 2 9 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 03 8 8 6 2 0 1 2 0 6 0 0 8 7 0 3 A PIe Rp o g r a m Us i n g i n F a n Fr e q u e n c y Co n v e r ie r Te c h n o lo g y HUANG W e i ， CHEN Hu i rai n， CHEN Ca n S h a n g h a i B a o s t e e l E q u ip m e n t Ma i n t e n a n c e C o ． ， L t d ， s h a n g h a i 2 0 1 9 0 0 ， C h i n a A b s t r a c t I n t h e f a n F r e q u e n c y C o n v e e r T e c h n o l o g y i m p r o v e m e n t p r o j e c t f o r t h e w a s t e g a s t r e a t m e n t o f e l e e t r o p l a t i n g w o r k s h o p ，w e u s e d a c o n t r o l s c h e m e ， w h i c h u s e s t h e n u m b e r o f p l a t i n g t a n k s i n o p e r a t i o n t o a d j u s t t h e fan s p e e d ， a n d t h e a d d i t i o n o p e r a t i o n w a s u s e d t o i n s t e a d o f t he l o g i c a l o pe r a t i o n i n t h e c o nt r o l pr o g r a m ，a nd d i r e c t l y o ut p ut t e d t h e s i g n a l s o f mul t i s t e p fre q u e nc y e xt r a c t i ng f r o m t he s p e c i fi c b i t s o f t h e a d d i t i o n o p e r a t i o n r e s u l t ． F i n a l l y ，we g o t a s i mp l e ，r e l i a b l e P L C p r o g r a m． Ke ywor ds PLC；fre q ue n c y c o n v e r t e r t e c hn o l o g y；a d d i t i o n o p e r a t i o n；e l e c t r o p l a t i n g；wa s t e g a s t r e a t me n t 0 引 言 我公司电镀车间有 8台镀槽， 由于电镀生产的不规律性 ， 这 8台镀槽并非同时作业 ， 然而废气处理的风机却是常年全功率运 转 ， 这就造成大量不必要的电能浪费。在对比现有的风机节能技 术后 ， 如 脉宽调压调试技术⋯， 我公司决定对风机进行变频节能 改造 。如风机变频调速是现阶段效果明显且较为成熟的节能 技术 ， 其利用风机大多为平方转矩负载以及轴功率与转速成立方 关系的特性 ， 改变风机运转频率来调节转速 ， 从而达到节能的效 果。随着风机变频节能技术的不断成熟， 应用变频器的节电率约 为2 0 ％ ～ 5 0 ％ I 4 ， 对车间风机的变频调速改造具有较高的经济 效益与社会效益。 1 变频控制程序设计 1 ． 1 工艺要求 经现场测试 ， 每台镀槽作业时需要的引风量基本相同。由 此， 改造方案采用以8台镀槽中正在作业的台数 以下简称作业 数 来控制风机转速， 作业的镀槽越多， 所需的风机风量／ 转速就 要越大。除在全闭的状态下风机关闭外， 根据 8台镀槽从全开到 全闭， 确定了 8 种风机转速 ， 每种转速对应变频器的一个设定频 率。工艺要求变频节能系统能够实时地根据镀槽作业状态， 调节 变频器频率以改变风机转速。 1 ． 2系统配置 变频节能系统选用西门子 s 73 1 2 P L C和富士 P 1 1 S风机、 水泵用变频器。变频器由4个外部接点输入信号 S S 1 、 S S 2 、 S S 4、 S S 8 的0 ＼ l 组合来选择 1 6种预设的多步频率， 通过输出相应的 频率来调节风机转速。P L C则用以处理 8台镀槽的作业信号， 根 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 2 6 据工艺要求控制变频器输 出不同的频率。系统结构示 意图如图 1 所示。P L C输出 4个控制信号到变频器的 4 个外部接线端子 x 、 x 、 x 、 x ， 其中x 。 ～x 4 在变频器功 能设 定 中分 别 对 应 S S 1 、 SS 2、 S S 4、 S S 8。 1 - 3 控制程序的编制 根据工 艺要求 ， 在 变频 器中设定 了风机所需 的 8 种频率 一 ， ， 为风机 最低转速对应的频率 ， 为 最高转速对应的频率 ， 到 依次增大。选择 的频率 与变频器输入信号组合如 表 1 所示 图 1 风机变频节能 系统结构示意图 表 1 多步频率的选择 S S 塑 8 塑 S 鲨 S 4 盗 S S 2 鍪坠L SS 1 选择 的频率 ⋯_ _ ⋯ _ E le c t r ic a l A u t o ma t io n 8 7 电 气自 动 化 2 0 1 2 年 第3 4 卷第6 期 设计 实 D e s ig n Id e a s 通常， 镀槽的作业信号可以通过 P L C简单的逻辑运算来处 理， 即判别出8台镀槽的不 同作业状态， 输出表 1中接点输入信 号的不同组合， 控制变频器输出不同的频率实现风机变频调速。 例如 8台镀槽全开的状态下， 风机需要全速运行， 应选择频率 ，结合表 1 ， S S 10 ， S S 20 ， S S 4 0 ， S S 81 ， 分别对应 P L C的 输出信号 Q 4 ． 00 ， 9 4 ． 1 0 ， 9 4 ． 20 ， Q 4 ． 31 ， 此时的逻辑运 算语句如图2所示。 图2 Q 4 ． 00 ， Q 4 ． 1 0 ， Q 4 ． 2 0 ， Q 4 ． 31时的逻辑运算图 当只有 1 镀槽作业的情况下， 8台镀槽中只有 1台作业 ， 这时风机只需要在频率 日 下低速运转 ， 即 S S 1 1 ， S S 2 0 ， S S 4 0 ， S S 8 0 ， 此时的逻辑运算语句如图3所示。 X 1 ． 0 1 1 ． 1 z 1 2 I 1 ． 3 I l I 4 I 1 ． 5 1 1 ． 6 n． 7 Q 4 ． o 1 橹{ 乍 业信2 槽作业信 3 糟作业信4 槽作业信 6 槽作业信 6 尊 槽作业信 7 槽作业值 8 穆作业信 变频器控制 碍 号 号 号 号 号 碍 雩 信碍S S I l 掌 2 4 5 拳 6 律 8 S S I 图3 S S 11 ， S S 2 O ， S S 4 0 ， S S 8 0时的逻辑运算图 逻辑运算虽简单明了， 但如果用其来处理 8台镀槽 ， 则需要 对 2 。 2 5 6 种状态进行判别， 这使得程序较为繁琐且编写时容易 出错。下文将 以加法运算替代逻辑运算， 简便地编写出控制 程序。 1 ． 3 ． 1 加法运算用于统计 8台镀槽的作业数 由于工艺只需要 8 台镀槽有多少台在作业 ， 而不需要考虑哪 几台镀槽作业 ， 这样可以使用加法运算来统计 8台镀槽的作业 数。除作业数为0时风机关闭， 作业数为 1～8时， 数值越大， 作 业的镀槽越多， 所需的风机转速就越大。 1 规定镀槽不工作状态下的作业信号为0， 工作状态下为 1 ， 分别将代表 8台镀槽工作状态的二进制变量转换为整形变量 ， 以便后续加法运算。如 1 到 8 镀槽 的作业信号分别接人 P L C 8 8 E l e c t r ic a l Au t o ma t i o n 的 I 1 ． 0～I 1 ． 7 ， 可通过辨别、 赋值的方式实现二进制变量 向整形 变量的转变 ， 分别对应 MWT O～M W8 4 。1 镀槽作业信号 I 1 ． 0向 MW7 0的转化如图4所示。 2 将 8个整形变量依次相加得到 8台镀槽的作业数。如 将步骤 1中的 M W7 0到 M W8 4依次相加， 得到作业数 MWI O 0 。 3 作业数 1 8 分别对应表 1 中的频率 ～ ， 对运算得 到的作业数进行判别 ， 根据表 1 将相应 的0 ＼ 1 组合输出到 S S 1 、 S S 2 、 S S 4 、 S S 8中。如 当作业数 MWI O 0为 8时， 8台镀槽都在作 业， 程序应输出S S 1 0 ， S S 2 0 ， S S 4 0， S S 81 ， 以选择频率 ， 如 图 5所示 。 4 作业数为 1 时， 8台镀槽只有一台工作， 则应输出S S 1 1 ， S S 2 0 ， S S 4 0 ， S S 8 0 ， 以选择频率 ， 如图6所示。 设计 实仞 De s i c l n l d e a s 1 ． 3 ． 2 变频器多步频率选择信号的输出 控制信号的输 出可 以上 述方式来实现， 还可 由更巧妙 的方式去处理。表 1中， ～ 对 应 的 S S 1 、 S S 2 、 S S 4 、 S S 8 八组 0 ／ 1组合 ， 组合成的二进 制数所对应的整形数值恰为 1 ～ 8 。同时 ， 工艺中作业数最 大值 8小于四位二进制 1 1 1 1 所能代表 的最大值 1 5 ， 因此， 可以通过对作业数整形变量 M W 特定位的提取直接输出 电气自动化 2 o 1 2年第3 4 卷 第6期 值， 即 S S 1 、 S S 2 、 S S 4、 S S 8分别取位 MI O 1 ． 0 、M1 0 1 ． 1 、 MI O 1 ． 2 、 M1 0 1 ． 3的状态， 实现与变频器控制的无缝结合。 如 作业数 MWI O 0为 8时， 其二进制形式应为 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 。这 时 ， S S 1M1 0 1 ． 00 、 S S 2M1 0 1 ． 10、 S S 4 M1 0 1 ． 20、 S S 8M 1 0 1 ． 31 。 作业数 MWl 0 0为 1时， 其二进制形式应为 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 。此时 ， S S 1 M1 0 1 ． 01 、 S S 2M1 0 1 ． 1 0 、 S S 4M1 0 1 ． 2 0 、 S S 8M1 0 1 ． 3 0， 如图 7所示 。 O ‘ ． O 变频器控制 信号s s ] 1 1 01 ． 0 5 1 图4 1 镀槽作业信号的转化图_ _ { Q 4 ． o 变频器控制 信号s s ] 图 5 Ha 频率选择 图 q ,t ． o 变频器控制I 信号S S l 图 6 H． 频率选择图 变频器的4个输入信号。 根据西门子 P L C的存储构成， 位存储区 MW 由2个 MB组 成， 以 MWI O 0为例， 其 由 MB 1 0 0和 MB 1 0 1组成， 且从低字节 MB 1 0 1开始读取 J 。 在 MWI O 0小 于 1 5时， MW1 0 0的 大小取决 于 M1 0 1 ． 0～ M1 0 1 ． 3的0 ＼ 1组合。这样我们可以通过对作业数所在 M W 位存 储区特定位 M 1 0 1 ． 0 一 M 1 0 1 ． 3的提取的方式来替代 - U ．N、 逻辑赋 Q 噍 ． 1 变频器控制 信号S S 2 S S 2 H Q 4 ． 2 变频器控制 信号S S 4 5 5 4 O1 ． 3 变频器控制 信号S S 8 S s 8 图 7 变频器控制信号图 2 节能效果 电镀扩建项 目中即将投产的7台电镀用槽同样需要用到废 气处理， 设计中另配有 3 0 K W 风机一台。该成果可 以直接应用 到电镀扩建项 目中。 以电镀车间6 0 K W 的风机容量及 7 0 ％的开机率计算 ， 一年 可以节电 1 5万度左右。因此， 对车间风机的变频调速改造具有 较高的经济效益与社会效益。 3 结束语 在只需要对设备的工作数进行统计 ， 而不需要判别某台设备 的状态的情况下， 加法运算相 比逻辑运算就简便很多， 尤其是在 对几十台、 几百台设备状态 的统计问题上。可依据 P L C的数据 存储结构， 通过对 MW位存储区特定位的提取， 便捷、 可靠对变频 器多步频率选择信号的输出。 参考文献 [ 1 ]孙茂松．一种新型的交流脉宽调压调速系统[ J ] ． 电气 自动化， 2 0 0 5 ， 2 7 1 1 51 6 ． [ 2 ]朱正中． 风机变频调速应用综述[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 5 ， 2 6 7 5 6 ． [ 3 ]胡发运． 变频器的应用 与维护 [ J ] ． 电气时代 ， 2 0 0 5 ， 2 5 8 7 8 8 1 ． [ 4]张锦荣． 风机变频 调速节 能的应用实例 [ J ] ． 风机技 术 ， 2 0 0 1 ， 4 3 2 3 83 9 ． [ 5]西门子 中 国 有 限公 司 自动化 与驱 动集 团． 浅 出西 门子 s 73 0 0 P L C[ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 作者简介】黄伟， 1 9 7 4一 男， 上海人， 工程师， 主要从事数控设备开发 维修； 陈惠民， 1 9 5 0 一 男， 浙江黄岩人， 高级技师， 长期从事 自 动化控 制应用研究； 陈灿， 1 9 8 6 一男， 山东济宁人， 硕士， 主要从事计算机程 序编 写开发 。 E l e e t r ic a I A u t o ma t i o n 8 9