PLC及变频器在污水泵站控制系统中的应用

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关键词:PLC 变频器 污水泵站控制系统

      随着国民经济的飞速发展和城市规模的不断扩大,对市政建设和管理提出了更高的要求。本泵站位于天津经济技术开发区,根据片区定位要求,泵站采用全自动控制。PLC及变频器为泵站的控制核心环节。PLC、变频器及测量元件组成了闭环控制系统,通过变频调速实现了节能要求。PLC及变频器的使用免去了许多繁琐的人工操作以及一些安全隐患,很好的适应了生产需要,相应了国家低碳绿色经济的号召。

    1 、控制系统组成

      本控制系统主要由PLC、变频器及测量元件组成。

      1.1 PLC

      本工程采用西门子S7-300PLC,PLC主要包括PLC电源模块、CPU模块、以太网模块、主机接口模块、扩展接口模块、PID控制模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块及STEP7V5.2工业软件STEP7是西门子SIMATIC工业软件中的一员。SIMATIC可编程逻辑控组态就是模拟真实的PLC硬件系统,将CPU、电源和信号模块等设备安装到相应的机架上,并对PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程。当用户需要修改模块的参数或地址,需要设置网络通讯,或者需要将分布式外设连接到主站的时候,都要做硬件组态。在S7-300中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时(按照采样时间)执行PID功能块,按照PID运算规律,根据当时的给定、反馈、比例-积分-微分数据,计算出控制量。

      1.2 变频器

      变频器是把工频电源变为各种频率的交流电源,从而实现电机的无级调速。变频调速的核心是变频器的数字控制系统,主要硬件设备有微处理器、接口电路及外围设备。本工程中选用ABB公司ACS510变频器,变频器送入信号由PLC提供,同时将电机转速信号反馈给PLC,实现闭环控制。

      1.3 超声液位差计及变送器

      选用测量范围为0~10米的超声波液位差计,并带3个继电器输出接点,输出的电流信号为4mA~20mA。

    2 、控制原理

      控制系统的设计输入液位由工艺专业提供。系统输出由超声波液位差计测量,1#、2#、3#、4#水泵根据泵井的液位情况确定是否启动、变频工作或是工频工作。

    3、PID 控制的PLC 实现

      在有模拟量的控制系统中,经常用到PID运算来执行PID回路的功能。PID回路指令的编程和实现都非常方便,PID控制广泛应用于闭环控制系统中,PID控制器调节回路输出,为了使系统达到稳定状态,应让偏差△e趋于0。

      由于PLC控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差来计算控制量。因此,在PLC控制系统中,必须对式(1)进行离散化处理,用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程。

      为便于实现将公式(2)改为递推式

    4 、主程序流程图

      根据控制要求,1#水泵变频控制主程序流程图如图3,2#、3#、4#控制流程图与1#水泵相同。

    5 、结语

      本系统利用西门子高性能S7-300 PLC及ABB公司ACS510变频器实现了污水泵站的闭环变频控制,使电动机在低速运行时故障率降低,且噪音减小。泵站采用变频调速、闭环自动调节,节能效果显著,可带来巨大的经济效益。

    (审核编辑: 智汇张瑜)