基于PLC與溫度巡檢儀的風機變頻自動控制

張　東

(馬鋼集團姑山礦業公司　安徽馬鞍山　243000)

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基于PLC與溫度巡檢儀的風機變頻自動控制

張東

(馬鋼集團姑山礦業公司安徽馬鞍山243000)

摘要：CPU224XP與溫度巡檢儀通過Modbus-RTU通訊，PLC讀取測量的電機溫度值。CPU224XP通過0-10V模擬量輸出通道連接施耐德變頻器0-10V頻率給定通道。編寫PLC子程序建立以溫度為自變量，變頻器給定頻率為因變量的線性函數，實現給定頻率根據環境溫度的線性自動給定，從而實現變頻器自動控制。

關鍵詞：溫度巡檢儀；PLC；Modbus-RTU；變頻器

隨著交流變頻技術的發展、完善，變頻器在風機控制中的應用越來越廣泛，通過人工調節電位器來控制變頻器的輸出頻率這一控制方式應用較為普遍，但是通過人工控制變頻器這種方式不可能做到實時、高效。筆者設計了一種根據電機溫度的變化來實時自動控制變頻器方法。

1 Modbus-RTU協議規范

1.1LU-905M08溫度巡檢儀協議規范

1.1.1采用異步串口RS-485通訊接口，波特率1200bit/s，2400 bit/s，4800 bit/s，9600 bit/s可選，數據位8位，無奇偶校驗，1位停止位。

1.1.2通訊幀格式

表1　主站請求格式

表2　從站響應格式

1.2 CPU224XP Modbus通訊協議規范

1.2.1通過STEP7-Micro/WIN編程軟件內庫函數“MBUS_CTRL”、“MBUS_MSG”設置從站地址、通訊波特率、奇偶校驗、功能碼等數據實現對從站的數據訪問。

1.2.2用于S7-200端口0的MBUS_CTRL指令可初始化、監視或禁用Modbus通訊。“模式”輸入數值選擇通訊協議。輸入值1將CPU端口分配給Modbus協議并啟用該協議。輸入值0將CPU端口分配給PPI系統協議并禁用Modbus協議。“波特”參數將波特率設為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200波特。“奇偶校驗”參數被設為與Modbus從站奇偶校驗相匹配。所有設置使用一個起始位和一個停止位。

1.2.3MBUS_MSG指令用于啟動對Modbus從站的請求并處理應答。當EN輸入和“首次”輸入打開時，BUS_MSG指令啟動對Modbus從站的請求。發送請求、等待應答、并處理應答通常需要多次掃描。“首次”參數應該在有新請求要發送時才打開以進行一次掃描。“從站”參數是Modbus從站的地址。允許的范圍是0到247。“讀寫”參出指定是否要讀取或寫入該消息。

1.2.4離散輸出(線圈)和保持寄存器支持讀取和寫入請求。離散輸入(觸點)和輸入寄存器僅支持讀取請求“地址”參數是起始的Modbus地址。允許使用下列取值范圍：00001至09999是離散輸出(線圈)；10001至19999是離散輸入(觸點)；30001至39999是輸入寄存器；40001至49999是保持寄存器。

2溫度-頻率線性函數

式中,F表示給定頻率值,T表示環境溫度值;

T0表示程序設定啟動風機最低溫度;

F0表示T0對應的最小給定頻率;

Tmax表示設定的變頻器50Hz時對應最大溫度

(F0,T0,Tmax可根據不同現場自由設定)

圖1　溫度-頻率線性關系圖

3控制系統硬件電路設計

3.1CPU224XP的DI接口可以采集變頻器故障反饋信號，風機主回路FU熱繼電器故障信號，KM1、KM2主接觸器吸合反饋信號等外部輸入信號；DO接口可以通過中間繼電器KA輔助觸點控制變頻器啟動，以及風機啟動、停止等狀態信號指示燈。AO接口輸出0-10V電壓信號連接變頻器AI接口，作為變頻器頻率給定。通過PORT0 DB9孔RS-485接口的3針和8針連接溫度巡檢儀A+,B+端子。

3.2PT100鉑熱電阻通過3線制連接溫度巡檢儀相應端子，采用PT100三線式接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差。

3.3當環境溫度達到設定的溫度值T0時，則PLC控制變頻器啟動，同時給定變頻器設定的最低F0啟動，當測量環境溫度變化時，對應的給定頻率自動變化。

圖2　控制原理圖

4CPU224XP與LU-905M08溫度巡檢儀Modbus通訊程序編寫

Network 1 // 波特率9.6kb/s，無奇偶校驗，通訊超時1000ms //

LD SM0.0

=L60.0

LDSM0.0

= L63.7

LDL60.0

CALLMBUS_CTRL:SBR1, L63.7, 9600, 0, 1000, M0.0, MB1

Network 2 // 巡檢儀地址1，讀巡檢儀寄存器地址424中內容(第一通道測量的溫度值)，數據長度1個字，讀取溫度值保存在VW100//

LDSM0.0

= L60.0

LDSM0.5

EU

= L63.7

LDL60.0

CALLMBUS_MSG:SBR2, L63.7, 1, 0, 40425, 1, &VB100, M0.1, MB25

溫度-頻率線性函數子程序編寫

Network 1

LDSM0.0

MOVR50.0, LD20

-RLD8, LD20

Network 2

LDSM0.0

MOVRLD4, LD24

-RLD0, LD24

Network 3 // LD28斜率k//

LDSM0.0

MOVR LD20, LD28

/RLD24, LD2

8Network 4

LDSM0.0

MOVR50.0, LD32

+RLD8, LD32

Network 5 // 求偏移量//

LDSM0.0

MOVRLD32, LD36

/R2.0, LD36

Network 6

LDSM0.0

MOVRLD4, LD40

+RLD0, LD40

Network 7

LDSM0.0

MOVRLD20, LD44

*RLD40, LD44

Network 8

LDSM0.0

MOVRLD24, LD48

*R2.0, LD48

Network 9

LDSM0.0

MOVR LD44, LD52

/RLD48, LD52

Network 10 // 求的偏移量B//

LDSM0.0

MOVR LD36, LD56

-RLD52, LD56

Network 11

LDSM0.0

MOVRLD28, MD0

AENO

*RLD12, MD0

AENO

MOVRMD0, LD16

+RLD56, LD166風機變頻調速節能原理

6.1當工作負荷發生變化時，調節驅動風機的電動機轉速，可降低能耗，節約能源。由流體力學理論可知，風機風量Q與轉速n成正比，風壓p與轉速n2成正比。風機負載轉矩T的與轉速n的平方成正比，即T∝n2,風機的軸功率P與轉速n3成正比。三相交流異步電動機的頻率F與電機轉速n成正比。

6.2當風機變頻調速后轉速N1與額定轉速N2比值變化，功率變化比為其比值立方，表3反應了當轉速發生變化后，風機可能節電的理論計算值。通過數據可以看出變頻調速節能明顯。

表3　調速所能達到的理論節能值

5結束語

實踐證明，通過溫度變化實時自動調節風機轉速，取得了顯著的節能效果，是一種理想的風機變頻器自動控制方案。通過改變頻率，機械轉速降低后，機械磨損降低，使用壽命延長了，直接或者間接經濟效益可觀。

參 考 文 獻

[1]李鐵軍.變頻調速技術在風機節能中的應用[J].風機技術，2008，2

[2]李發海.電機與拖動基礎[M].北京：清華大學出版社，2005

[3]譚小平.風機水泵的變頻調速節能計算與分析[J].系統集成與工程應用，2007

Automatic Control of Fan Frequency Based on PLC and Temperature Measuring Instrument

ZHANG Dong

Abstract：SIEMENS PLC CPU224XP and temperature inspection instrument realize the communication by the Modbus-RTU communication protocol.PLC read the temperature of moter.CPU224XP connect 0-10V frequency given channel of Schneider frequency by 0-10V analog output channel. The PLC subroutine is established with the temperature as the independent variable, a given frequency inverter is due to a linear function of the variables, to achieve a given frequency according to the environment temperature of linear automatic given, so as to realize the automatic frequency control.

Key words：PT100; Temperature inspecting instrument;PLC; Modbus-RTU; Frequency converter

收稿日期：2016-03-31

作者簡介：張東(1985-)，男，馬鋼集團姑山礦業公司，工程技術人員。

中圖分類號：TM571.2

文獻標識碼：B

文章編號：1672-9994(2016)02-0019-03