西門子MM420變頻器

、PLC在國產高壓變頻器中的設計使用

3.1 PLC主要邏輯控制

　　（1）用戶要求高壓變頻器在出現故障停機時能快速自動切換到工頻旁路運行，筆者給高壓變頻器專門配置了可以實現自動旁路功能的旁路柜，如圖1所示，K1～K4為手動操作刀閘，J1～J3為高壓真空接觸器。在變頻器發生故障時，旁路柜可以在幾秒內完成從變頻到工頻的轉換;而變頻器在工頻運行時，通過1個按鈕就可以實現變頻器從工頻到變頻的轉換。這樣的控制要求增加了變頻器整機控制邏輯的復雜性。

圖1 自動旁路柜

自動旁路柜控制邏輯簡要介紹如下：

　　變頻調速系統退出變頻轉工頻運行有兩種方式，一種是自動方式，一種是手動方式，選擇自動方式時，當變頻器發生停機故障時變頻器自動從變頻轉工頻;選擇手動方式時則需人工操作。

　　變頻調速系統退出工頻轉變頻運行也有兩種方式，一種是自動方式，一種是手動方式，選擇自動方式時，只需在控制柜上按一個按鈕，變頻器就自動完成從工頻轉變頻;選擇手動方式時則需人工操作.

　　（2）PLC控制系統原理圖

　　PLC主機選用輸入輸出點數48點，型號為FX2N-48MR，PLC作為系統邏輯量控制的控制核心，在自動旁路柜的邏輯關系控制中起著至關重要的作用。PLC控制系統原理圖如圖2所示。

圖2 PLC控制系統原理圖

　　旁路柜的邏輯控制要求比較復雜，采用PLC控制，接線簡單，提高了可靠性;旁路柜的邏輯更改也變得很簡單，只需修改PLC梯形圖程序就可以了，很方便滿足用戶現場的控制要求。

　　（3）PLC功能指令實現高壓變頻器PID閉環控制

　　用戶現場對變頻器閉環控制提出的要求是:變頻器能夠根據用戶系統用水量的變化，自動調整變頻泵的轉速，實現管網恒壓供水;同時還可以在液晶屏上設定壓力目標值。

　　針對用戶的要求，PLC另外配置了模擬特殊模塊FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD為模擬輸入模塊，有四個輸入通道，分辨力12位，模擬值輸入范圍為-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA為模擬輸出模塊，有2個輸出通道，分辨力12位，模擬值輸出值范圍為-10V到10V或者4到20 mA。這樣通過讀取指令（FROM）和寫入指令（TO），以及PLC帶有的PID閉環控制功能指令（如圖3所示），就可以實現對用戶現場的管網水壓進行PID閉環控制。

圖3 帶有的PID閉環控制功能指令的PLC 程序  

　　其具體編程過程是這樣:PLC讀取指令（FROM）讀取用戶水壓反饋值，把反饋值用移動指令（MOV）存入PID指令中的D12數據地址里; 把用戶的水壓設定值用移動指令（MOV）存入PID指令中的D10數據地址里;D200～D222保存PID的運行參數;D14為PID指令的運算值輸出，通過PLC的寫入指令（TO）把PID閉環運算結果D14寫入模擬輸出模塊，再通過模擬輸出模塊轉換成-10V～10V或者4～20mA的模擬信號送入高壓變頻器控制器進行頻率設定。

　　在進行PID運行參數設置時，P、I、D的參數設定尤其重要，其設定的好壞直接關系到管網水壓控制的好壞。P表示比例增益，設定范圍為0～99(%)，比例調節設定大，系統出現偏差時，可以加快調節，減少誤差，但是過大的比例增益，會造成系統不穩定;I表示積分時間，設定范圍為0～32767(*100ms)，積分時間越小，積分作用就越強，反之I越大則積分作用弱;D表示微分時間，設定范圍為0～32767(*10ms)，微分調節有超前的控制作用，合適的微分時間能改善系統的動態性能。

　　攀鋼污水處理廠供水管網比較龐大，管網水壓對水泵轉速的變化響應比較緩慢， 因此PID的計算速度不能過快，即比例調節不能過快，否則如果管網水壓突然變化大時，變頻器的調節容易形成較長時間的振蕩。根據這一情況，如圖3所示，可以在PLC控制程序中加入PID間隔計算時間    （T0）以及PID運算死區（M0），這樣就可以把PID的計算速度調節至與管網水壓變化速度相一致，避免管網水壓震蕩。

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