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一、原系統(tǒng)分析
株洲硬質合金廠空調系統(tǒng)共有溴化鋰機組兩臺，其中冷凍水泵2臺功率為200KW，采用自耦降壓啟動。操作工根據(jù)負荷情況開1臺或2臺。單臺水泵最大輸出流量為600m3/h，系統(tǒng)全開時為1200m3/h。現(xiàn)水泵運行出口壓力為4.5-9kg，最小流量需求為200m3/h，最大流量需求為950m3/h。壓力波動較大的原因為，冷凍水泵流量不能根據(jù)負載變化調節(jié)，一旦后級工段冷凍水量減少水泵出口壓力就會急劇上升。冷凍水在管路里快速循環(huán)未充分換熱就回水，造成回水溫度低。水泵和主機都白白消耗能量。
當1#機組開起后，1#流量必須滿足最低流量值200 m3/h，如果用戶流量沒有達到最低流量值時，機組就會停機保護，值班人員必須提前打開旁通閥，使部分冷凍水在機組內循環(huán)來保證機組內有200 m3/h以上的流量。2#也如此。
二、改造控制要求：
分三個階段完成自動控制，下面以1#空調機組為例詳細說明如下：
機組冷水出口流量不得低于200 m3/h；
當1臺泵輸出壓力不能滿足要求時，系統(tǒng)提示手動開啟另一臺泵；
選擇1#或2#泵為變頻運行泵。
當需求流量為0～300 m3/h時，1#泵定頻運行，保證300 m3/h的總流量輸出，旁通調節(jié)閥打開并做PID調節(jié)，以保證輸出用戶所需的流量；
當需求流量為300 m3/h～600 m3/h時，1#泵變頻運行并做PID調節(jié)，同時旁通閥門全關；
當需求流量為600 m3/h～900 m3/h時，1#泵定頻運行，輸出300 m3/h 的流量；2#泵工頻運行，輸出600 m3/h的流量；旁通調節(jié)閥打開并做PID調節(jié)，保證6kg的輸出壓力；
當需求流量為900 m3/h～1200 m3/h時，1#泵變頻運行，并做PID調節(jié)，2#泵工頻運行，旁通閥門全關。
變頻系統(tǒng)通過控制柜上選擇開關，選擇任意一臺水泵采用變頻控制方式，其他水泵還采用原控制模式。被選擇作為變頻水泵的機組作為整個系統(tǒng)的調節(jié)水泵，來自動調節(jié)冷凍水流量。在自動控制模式下，利用PLC采集總管壓力信號并根據(jù)PID運算發(fā)出變頻器頻率給定信號，自動調節(jié)電機（水泵）轉速使冷凍水壓力變化來實現(xiàn)自動控制。還采集輸出流量送到PLC進行PID計算后再輸出4～20mA的電流信號控制旁通閥，來實現(xiàn)恒流的效果。
同時PLC將現(xiàn)場參數(shù)，進出口壓力值、變頻器頻率、電流、電機轉速等上傳至控制室內的人機界面進行參數(shù)顯示。在控制室可通過人機界面對給定壓力值、下限流量值、PID參數(shù)、變頻泵選擇和啟動遠程控制。遠程實現(xiàn)各種操作，極大的方便了系統(tǒng)控制。控制方式本方案在保留原工頻系統(tǒng)的基礎上與原工頻系統(tǒng)之間設置連鎖以確保系統(tǒng)工作安全。
三、設備的配置
（1）友好的人機界面：由于系統(tǒng)需對每臺機組的進口壓力、出口壓力、出口流量、總壓力的上限值和下限值，PID參數(shù)進行設置，還要對所有的壓力、流量值進行顯示，還有報警信息進行記錄。采用Eview的MT506LV人機界面。界面編輯了“主畫面”、“控制畫面”、“參數(shù)設置”、“故障記錄”、“壓力曲線”、“幫助”六個基本畫面。主畫面上對采集的壓力、流量值、變頻器的運行頻率、電流進行顯示，還顯示系統(tǒng)當前狀態(tài)和故障顯示，讓用戶一目了然。
（2）PLC：
PLC是設備的大腦，選用的是艾默生網絡能源有限公司的新產品EC20系列的PLC及模擬輸入模塊和模擬輸出模塊，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，內存指令容量達到8k；典型基本指令執(zhí)行速度0.09 ~0.42μS典型應用指令則為5~280μS支持高達50kHz的高速輸入和80kHz 的高速輸出；具有豐富的中斷功能，有8路輸入中斷，3個定時，6路高速計數(shù)，支持工業(yè)標準的Modbus 通訊網絡；指令有浮點運算、PID、高速I/O、通訊等20類共243條，具有掉電檢測和后備電池保持，可擴展多個模塊，擴展模塊有數(shù)字型、模擬型、溫度型的模塊。EC20 的編程采用界面友好的窗口軟件，支持多種編程方式：梯形圖、指令列表、順序功能圖，方便地監(jiān)控和調試，可在線修改程序。
（3）PLC的配置
主模塊選用EC20-2012BRA，20點輸入12點繼電器類型輸出。模擬輸入模塊采用8通道的EC20-8AD，模擬輸出采用4通道的EC20-4DA。
（4）輸入輸出設備配置
輸入設備有“手動/自動”選擇開關，選擇變頻泵“1#/2#”、系統(tǒng)“啟動”“停止”，還采集了工頻、變頻接觸器信號進行互鎖和狀態(tài)顯示。
輸出設備有1#泵變頻運行、2#泵變頻運行、故障和復位繼電器。
（5）模擬輸入輸出設備配置
利用EC20-8AD采集了總管壓力、旁通閥位置反饋、1#機組出口壓力、2#機組出口壓力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA輸出電流信號給定EV2000-4T2000P頻率，另一路輸出4~20mA的電流信號到旁通閥。
四．工作原理
主電路圖如下：
系統(tǒng)采用工變頻互備，另外可以靈活的選擇需變頻的電機是1#還是2#由KM3、KM4來完成。
PLC的I/O接線圖如下：
五．程序要點
EC20的COM0與EVIEW人機界面通過MODBUS協(xié)議進行通訊，COM1通訊口與艾默生的EV2000變頻器進行自由協(xié)議通訊，PLC軟件設置：
COM1的自由口協(xié)議中的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、效驗位必須與變頻器中設置一樣才能通訊上。EC20時刻檢測著變頻器的頻率、電流、故障再反映到人機界面上。
系統(tǒng)需恒壓、恒流，所以做成雙PID對變頻器和旁通閥進行控制，控制的壓力和流量在EVIEW人機界面上進行設置
在現(xiàn)場調試過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場的負載在每天下午五點下班時會突變，由于負載500m3/h的流量突變成幾十的流量，這個突變的時間只有兩三秒的時間，而旁通閥動作的速度很慢，一個行程38mm需2分鐘的時間，這樣會造成空調機組保護停機，為了解決這一問題，采用實時時鐘定時開度旁通閥，也就是每天在五點之前就給旁通閥一個開度，當設定的時間到達后，系統(tǒng)又恢復PID調節(jié)。負載突變的時段設置和旁通閥的開度設置畫面如下：
六．結束語
本系統(tǒng)已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC進行控制，性能穩(wěn)定，運行可靠，系統(tǒng)結構緊湊，節(jié)省能耗，便于維護。變頻器的頻率在40HZ左右穩(wěn)定壓力，節(jié)能率達到48%。因此不但大大的提高了產品的技術含量和自動化水平，而且還極大地提高了企業(yè)的經濟效率，非常具有推廣價值。
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