基于PLC的变频调速疏水系统

　

摘要：随着电力电子技术的发展，作为应用现代电力电子器件与微机技术有机结合的交流变频调速装置，其应用越来越广泛,更有利于实现生产过程的自动化控制并且具有显著的节能效果。本文介绍的变频控制系统是我厂动力4#炉疏水泵系统在保留原有设计的改造过程中，利用基于PLC的变频调速装置，不仅实现了泵组的逻辑控制，完成系统的数字PID调节功能，并对系统中各种参数、控制点进行实时监控，有效地节省人力、资金，保证了系统平稳自动的运行。

关键词：PID PLC 变频调速
1、系统介绍
系统主要由三菱公司的可编程控制器（PLC）、三菱变频器（FR-500）、压力传感器（液位传感器）及2台水泵组成，操作者可以通过面板的指示灯、按钮来控制系统的运行。系统框如图所示：

2、工作原理：
2.1系统有两种工作方式：
2.1.1手动运行
该方式主要供检修及变频器故障期间用于手动控制泵组运行。
2.1.2自动切换变频/工频运行功能
控制方案：变频器通常用于驱动某台固定水泵，并实时根据其输出频率，控制辅助泵工频运行，即当变频器的输出频率达到PID上限时，启动辅助泵，而输出频率小于PID下限时，停止辅助泵，控制流程如图（2）所示：

2.2 PID控制
2.2.1 PID概念
1）PI控制
PI控制是由比例控制（P）和积分控制（I）组合而成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。注：PI运算是P和I运算之和。
[对于过程值单步变化的动作例]

2）PD控制
PD控制是由比例控制（P）和微分控制（D）组合而成的，根据偏差及时间变化，产生一个执行量。注：PD运算是P和D运算之和。
[对于过程值单步变化的动作例]

3）PID控制
利用PI控制和PD控制的优点组合成的控制。
注：PI运算是P和I运算之和。
4）负作用
当偏差X（设定值-反馈值）为正时，增加执行量（输出频率），如果偏差为负，减小执行量。

压力传感器反馈的水压信号〈Y〉（4-20mA）与设定值〈U〉进行比较，其偏差〈X〉经变频器的PID控制器运算后产生执行量〈Fi〉去驱动变频器，从而构成以设定压力为基础的闭环控制系统。运行参数在实际过程不断进行调整，使系统控制器响应趋于完整，并通过PLC计算需切换泵的运行操作。基本的PID控制框如图（3）所示：

3、PLC系统
本系统中检测点及控制量较多，是一较大规模的测控系统。据其特点本系统采用三菱公司可编程控制器（PLC）FX2N系统，该控制器与其他PLC相比具有一些明显优点：运转处理快（最快达3.7us）、最多可达128点控制、可以提供完整的编程环境、可进行离线编程和在线连接调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。系统采用开关量的输入/输出来控制水泵的启、停、切换、软启动及故障报警，实现硬件/软件备用水泵，充分保证系统平稳运行。


4、系统的优点：
4.1高效节能：
电机通过变频调速可以在不同转速下工作，且均是较高效率点工作，提高水泵电机总体效率
4.2系统对水泵机组实现了软启动控制方式，延长电机寿命，而且出现故障，备用泵自动切换。
4.3系统具有自诊断和自处理功能，具有完善的保护功能，如过流、过压、过载、水池断水保护，完全有效确保设备的工作安全。
4.4系统具有故障显示和报警功能，有利于故障排除。
5、注意事项：
系统的稳定运行，必须要注意以下三个参数：
设定值 PID上限 PID下限
任何一个控制系统都需要经过反复地调试方可达到最佳性能，没有调试，系统不能工作或不能良好的运行。在最初的系统运行中，甲泵变频与乙泵变频进行切换时经常造成波动，原因是甲乙泵出口水压流量不同，工作点略微偏移。当初设置的PID上、下限范围小，PID运算灵敏度较大，从而引发波动，变频器无法工作，系统瘫痪。我们经过不断的摸索调试，最终将PID上限调整至80%，PID下限调整至20%，同时将设定值调整至较合适的位置。
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