西門子觸摸屏與PLC閉環控制的變頻器使用

摘要：本文介紹了基于西門子觸摸屏與PLC閉環控制的變頻器節能改造系統，　觸摸屏和PLC在閉環控制的變頻節能系統中的使用，可以讓操作者在觸摸屏中直接設定目標值（壓力及溫度等），通過PLC與實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節能系統發出運算指令（模擬信號），調節變頻器的輸出頻率。并可實時監控到被控系統實際值的大小及變頻器內的多個參數，實現報警、記錄等功能。

　　西門子觸摸屏結合西門子PLC在閉環控制的變頻節能系統中的應用是一種自動控制的趨勢。觸摸屏和PLC在閉環控制的變頻節能系統中的使用，可以讓操作者在觸摸屏中直接設定目標值（壓力及溫度等），通過PLC與實際值（傳感器的測量值）進行比較運算，直接向變頻節能系統發出運算指令（模擬信號），調節變頻器的輸出頻率。并可實時監控到被控系統實際值的大小及變頻器內的多個參數，實現報警、記錄等功能。一般PLC結合觸摸屏的閉環調節的變頻節能系統如下圖所示。

                     圖1 觸摸屏結合PLC控制的變頻節能系統示意圖

2、閉環控制的變頻節能系統用途
　　閉環控制的變頻節能系統用途很廣，各種場合的變頻節能系統的拖動方式及控制方式各有不同，具體應用時應根據實際情況選擇設計。下面列舉一些：
中央空調節能：冷凍泵、冷卻泵、主機、卻塔風機、風機盤管等。
恒壓供水：水廠一、二級泵，供水管網增壓泵、大廈供水水泵等
鍋爐：引風機、送風機、給水泵等，變頻節能系統的控制調節預處理信號由鍋爐自動控制系統、DCS或多沖量控制系統給出。
汽輪機：循環泵、凝結泵等，其控制調節預處理信號由汽輪機自動控制系統及DCS給出。
純水處理系統：軟化水泵、增壓泵等。
潔凈室：增壓風機、FFUqunkong等等。

3、整個閉環控制的變頻節能系統的組成設備及其作用
(1) PLC選用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DIDO模塊、AIAO模塊組成。PLC作為控制單元，是整個系統的控制核心。其主要的作用要體現以下幾方面：
① 完成對系統各種數據的采集以及數字量與模擬量的相互轉換。
② 完成對整個系統的邏輯控制及PID調節的運算。
③ 向觸摸屏提供所采集及處理的數據，并執行觸摸屏發出的各種指令。
④ 將PID運算的數據結果轉換成模擬信號，作為調節變頻器的輸出頻率的控制信號。
⑤ 通過通信電纜及USS4協議完成對變頻器內部參數讀寫及控制。
(2) 觸摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下
① 可實時顯示設備和系統的運行狀態。
② 通過觸摸向PLC發出指令和數據,再通過PLC完成對系統或設備的控制。
③ 可做成多幅多種監控畫面，替代了傳統的電氣操作盤及顯示記錄儀表等，且功能更加強大。
(3) 變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協議可由觸摸屏通過PLC設置其內部的部分參數，根據PLC發送過來的數據（模擬量）值調節水泵或風機的轉速，并將其內部運行參數反饋到PLC。
(4) 壓力、溫度等傳感器：將被控制系統（水系統或風系統）的實際參數值轉變成電信號上傳至PLC。
(5) 電氣元件：給PLC、觸摸屏、變頻器及傳感器等供電，完成各種操作及驅動等。

4、觸摸屏畫面設計
　　觸摸屏畫面由ProTool等專用軟件進行設計，然后先通過編程電腦調試，合格后再下載到觸摸屏。觸摸屏畫面總數應在其存儲空間允許的范圍內，各畫面之間盡量做到可相互及強制切換。
（1）主畫面的設計
　　一般的，可用歡迎畫面或被控系統的主系統畫面作為主畫面，該畫面可進入到各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。若是將被控主系統畫面作為主畫面，則應在畫面中顯示被控系統的一些住要參數，以便在此畫面上對整個被控系統有大致的了結。
（2）控制畫面的設計
　　該種畫面主要用來控制被控設備的啟停及顯示變頻器內部的參數，也可將變頻器參數的設定做在其中。該種畫面的數量在觸摸屏畫面中占的多，其具體畫面數量由實際被控設備決定。
（3）參數設置頁面的設計
　　該畫面主要是對變頻器的內部參數進行設定，同時還應顯示參數設定完成的情況，實際制做時還應考慮加密的問題。
（4）實時趨勢頁面的設計
　　該畫面住要是以曲線記錄的形式來顯示被控值、變頻器的主要工作參數（如輸出頻率）等的實時狀態。
（5）信息記錄頁面的設計
　　該畫面主要是記錄可能出現的設備損壞、過載、數值超范圍和系統急停等故障。另外該畫面還可記錄各設備啟停操作，作為憑證。
（6）節能畫面的設計
　　該畫面主要是記錄和顯示變頻器的累積用電數及實時節電狀態，以便向用戶展示變頻節能的好處，也可用來與其它的節電測量作比較。

5、PLC程序設計
　　PLC程序由S7-200專用編程軟件進行設計，然后通過編程電腦下載到PLC進行聯機調試，合格后即可使用。PLC在編程前應先對各功能程序段的地址進行規劃，以免重復使用同一地址，造成誤動。
（1）邏輯功能的設計
　　這部分程序主要是完成各變頻器、水泵（或風機）的啟動停止、聯動、聯鎖及自動投切等等功能，一般在離線狀態下就能完成軟件邏輯功能的測試。
（2）PID功能的設計
　　通過S7-200中的PID向導可完成PID調節程序，具體應用時需根據實際被控設備及采樣設備決定其配置。
（3）采樣程序的設計
　　采樣元件使用標準配置時，應注意采樣AD轉換后的具體數據是否與PID及顯示等程序配套，實際制做時還應考慮采樣是多路且相關聯的情況。
（4）PLC與變頻器通信程序的設計
　　SIEMENS S7-200PLC與SIEMENS 430等變頻器的通信一般使用USS4協議程序來完成，該程序的主要目的是監控變頻器的實時運行狀態。
（5）其它輔助程序的設計
　　PLC程序在實際編程過程中，需考慮對一些程序進行修補，盡量減少程序漏洞，反復推敲，不斷的總結完善。

結束語