冷却水系统的分布式综合改造
冷却水系统的分布式综合改造
摘要：本文详细介绍了如何利西门子S7系列224cn型PLC为控制处理器，实现自动变频恒压供水，重点分析了系统软硬件设计部分，降低了劳动强度，保证了生产正常供水。
关键词：PLC恒压控制设计；RS—485总线方案设计；综合保护方案设计
Abstract: This paper describes how to facilitate Siemens S7 series the 224cn type PLC for the control of the processor, automatic conversion constant pressure water supply, focusing on analysis of system hardware and software design part, reduce the labor intensity, to ensure the production of normal supply.
Keywords: PLC constant voltage control design; RS-485 bus design; integrated conservation program design.
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一、冷却水系统概况
我厂永久泵房共有11台75KW水泵，为厂1#加压站7台压缩机（约1000KW）、2#加压站6000V315KW压缩机及冷鼓148KW×2两台罗茨压缩机提供冷却水。由于我厂建造于八十年代，冷却水系统由11台水泵以及凉水池管路构成，系统设计原始、简单，仅能提供一个粗放的供水需求，没有相应的控制系统调节，无精确度可言。在负荷变化时，往往造成大负荷状态下，多机争水，水压不够，机器得不到有效的冷却，导致压缩机缸体温升快，缸体、活塞环等部件的损坏事故时有发生，不仅影响安全生产，而且由于被压缩气体为煤气，同时存在极大的安全隐患。而在小负荷时，又因冷却水系统的压力不可调，造成管路系统的管件、阀门的频繁损坏，不仅有跑冒滴漏，而且也常常因冷却水管路破裂、压力下降导致机器不能正常运行，影响正常生产。针对冷却水系统的诸多弊病，我厂专题会议研究决定由机电科技术攻关小组对该问题进行技术改造。
二、冷却水系统软硬件设计
由于目前流行的变频控制技术已日瑧完善，其运行稳定可靠性好，不仅控制简单，而且环保节能，我通过对全国先进控制技术的比对研究，决定对厂循环冷却水系统的动力部分采用变频驱动，系统架构如下：
（一）主站PLC恒压力控制的设计
在变频供水的变频系统中，西门子S7系列224cn型PLC为控制处理器，由PLC读取总管压力，当总管压力低于设定压力时，由PLC驱动控制系统启动一台工频泵作为主泵供水，另一台变频泵为调节泵，如压力依旧尚未达到设定的恒压时，启动第二台工频泵，由变频泵为调节泵逐步向设定值逼近，达到设定压力，并绕这一压力值调节变频泵频率，以实现恒压供水，主PLC通过RS—485总线读取从PLC数据库，实现数据通信。
（二）从站PLC的控制的设计
从站PLC为西门子S7—200的224xpcn，该PLC处理器将RS485总线上的各类数据进行逻辑处理与判断，并将处理结果通过通信模块上传至上位机，以供上位机决策判断。
（三）前端传感器开关量的设计
前端压力变送器选用EJA430型智能变送器采集本压缩机的冷却水压力信号，并把压力信号变为4～20Mar 检测信号。前端的开关量信号利用真空开关的常开点作为采集点采集本压缩机的启停信号，在由上下位机构成的主从控制系统确定启动某台压缩机时，首选要判断冷却水系统压力是否能够满足启动本台压缩机的需要，如经判断不能满足时，即现有压力加上一台压缩机冷却水所需压力大于总管压力时，由控制系统增加启动一台工频泵，即有n+1台工频泵加上一台变频泵为冷却水的动力系统为冷却水系统提供动力，以实现智能的恒压供水系统，该系统不仅可实现普通意义上的变频恒压供水，而且还可以实现负荷的调节，即在负荷变化时，原来的恒压已不能满足系统变化后（增加或减少一台或几台压缩机或冷鼓机）所需的冷却水压力，该系统会根据现有的开机台数，计算所需的冷却水总压力，启动相应的工频、变频泵，实现新的恒压供水。
（四）总线的设计
根据我厂实际情况，各所需冷却水设备分布分散的特点，采用RS—485总线方案作为数据传输方案，各信号检测设备如压力变送器EJA430（横河川仪）经安全栅后，由台湾研华4117数据采集卡采集，并由该4117的dataA与dataB直接把4～20mA的模拟量放在了RS—485传输总线上，供下位机读取。
开关量的采集相对复杂一些，需有DC5V的电源串入真空开关的常开接点后，送入了台湾研华的4117，由4117读取，实现数模转换后，直接由A、B端子放在RS—485总线上。
（五）综合保护方案的设计
由于本系统为综合性智能变频供水控制系统，与普通意义上的变频供水有本质的区别，不仅能够根据现场启动压缩机的台数而确定变频策略配方，同时还设计有故障诊断功能。
a、RS485总线故障的诊断与保护的设计
在下位机由RS485总线读取数据时，编程思路按RS485协议实现，在不能收到确认即握手信号后，延时再循环，依旧无确认信号时，判断为485总线故障，由PLC驱动相应的总线指示灯提示系统总线故障。
b、变送器故障的诊断与保护的设计
在支管变送器与压缩机端冷却水变送器的检测信号差与16mA之比大于0.1时，即判断为变送器故障，由数据归档后，以报警记录显示。
（六）数据采集卡的选择
ADMA4117为台湾研华公司智能数据采集卡，有八路输入，一路RS485输出，可实现自动编码功能，由于本系统所需的数据采集量为50个左右，因此用九台ADMA4117即可实现数据的采集，该采集卡为vin0~vin7，共8路，可以自由设定其信号类型，由于本系统采用日本横河川仪EJA430变送器为模拟量，因此vin0选用4～20mA作为输入量，而vin1则采用0～5V作为输入信号。
三、改造后系统运行情况
本系统自安装以来，冷却水压力随使用情况自动调节，操作工由原来的三班6名改为3名，节约人工费用60000元/年。从节能角度看，每月可节电约11000KWh，按0.8元/KWh计算，年可节约电费105600元。
参考文献：
[1]李道霖．电气控制与PLC 原理及应用[M]．电子工业出版社，2006，（7）．
[2]孙海维．SIMATIC 可编程控制器及应用[M]．机械工业出版社，2005，（1）．
[3]廖常初．可编程控制应用技术[M]．重庆大学出版社，2002，（3）．
[4]孙平．可编程控制器原理及应用[M]．高等教育出版社，2004，（8）．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
