變頻調速恒壓供油控制系統

白雪松

摘 要：介紹了某消防訓練系統中恒壓供油系統。系統采用西門子可編程控制器（PLC）作為中央控制單元，利用西門子變頻器進行壓力PID調節。給出了系統控制原理圖，硬件電路圖，PLC的軟件編程，并介紹了變頻器的參數的設置方法及利用上位機遠程控制的方案，該系統結構簡單，壓力穩定，工作可靠。

關鍵詞：恒壓;供油;變頻調速

中圖分類號：V351

引言

本方介紹的是某消防火災處置訓練系統中油罐模擬火災事故中主供油回路。以前傳統的控制方式是在主回路中用一個閥門打開一定的角度來設定主供油出口的壓力，穩定運行后油壓輸出是恒定值，但訓練燃燒系統噴油負載是變化的，有時需要多點同時噴油，這樣使主油路出口壓力會產生很大的波動，在多點噴油時可能會使油路油壓過低，噴油的效果差，難以完成訓練項目。因此，我們采用以PLC為控制中心進行邏輯控制，應用變頻器的PID控制油泵，PID控制器具有原理簡單，無需精確的數學模型，應用面廣等優點，使用閉環控制，提高了控制精度。與傳統的閥門控制方式相比壓力穩定，可靠性高，更節能，自動化程序度高，后期功能擴展性好等特點，是一個頗具實用價值的調速系統。

一、控制方案

變頻調速恒壓供油系統由PLC、交流變頻調速器、系統監控，油泵11KW 2臺（一備一用），輸油管道、遠傳壓力表、信號隔離器等構成，系統結構圖如圖1。其中的變頻器應用了內置PID（比例、積分、微分）控制器，PID控制過程為：當變頻器接受到啟動信號后驅動泵電機運行，安裝在管路上遠傳壓力表將壓力反饋到變頻器，與預先通過面板設定的給定壓力進行比較，經變頻器內部PID運算，調節變頻器輸出頻率，從而調節電機的轉速，保持管路壓力與給定壓力值一致，實現恒壓供油。

PLC為控制中心，能接受外部指令且輸出驅動信號、處理模擬量信號輸出到上位和面板顯示儀表，遠傳壓力表是壓力檢測與反饋元件，將壓力值轉換為4-20mA標準信號，再將壓力信號輸入到信號隔離器，分三路輸出，第一路輸入到變頻器作為PID調節的反饋信號，第二路輸入到PLC，經模擬量轉換成實際的壓力值通過profinet網絡與上位機通訊，在上位機進行監控。第三路輸入到電氣柜面板上的顯示儀表，經轉換后顯示實時壓力值。變頻器輸出4-20mA運行頻率值到PLC，經模擬量轉換成實際運行頻率值，經profinet通訊傳到上位機進行監控，上位機除可監測油壓及變頻器運行頻率，也可通過profinet網絡與PLC通訊實現對變頻器遠程啟停控制。

二、電氣控制系統

電氣系統原理圖如圖2。

1.器件選型

根據系統的控制要求及輸入輸出點數的多少，選用的西門子公司的小型可編程控制器S7-1200系列中的CPU 1212C，其集成8輸入/6輸出共14個數量I/O點，支持profinet通訊協議，模擬量擴展模塊為4通道SM1231。變頻器選用西門子公司V20系列中11KW變頻器。信號隔離器選用1進3出4-20mA電流型。數顯表選用支持4-20mA輸入信號的智能顯示儀表。

2.電氣工作原理簡介

QF1為三相斷路器，給變頻器主回路供電，中間接入LS電抗器，抑制變頻器產生的高次諧波對電網的干擾，QF2為二相斷路器，給系統的控制回路供電。變頻器通過三相交流接觸器KM1與KM2分別驅動兩臺油泵電機，因為是一備一用，在同一時間只有一臺油泵在運行，因此CPU輸出驅動接觸器線圈加入KM1、KM2常閉觸點互鎖。SB1、SB2、SB3是電氣柜面板的操作按鈕，功能分別是遠程/近地、啟動/停止、泵1/泵2選擇按鈕。當按下SB2時，根據CPU程序，DQ0.2輸出驅動KA1中間繼電器，變頻器端子DI1的KA1常開觸點閉合，變頻器啟動運行; SB2斷開時，中間繼電器KA1會失電，變頻器停止運行。同理在遠程操作模式下，上位機用與PLC通訊的方式控制KA1的接通與斷開來控制變頻器的啟動與停止。

3.變頻器的參數設置

西門子V20功能強大，應用廣泛，是新一代通用型變頻器。具有BiCo（內部功能互聯），可實現I/O端口自由連接。

以下是主要參數設置，電機參數設置根據電機名牌上的參數來進行。

當調試變頻器時，先執行工廠復位操作：

三、結束語

變頻調速恒壓供油方式供油壓力平穩，消除了安全隱患，提高了油泵、油閥的使用壽命，更好地節約了能源。能過遠程上位機就能監控整個供油系統，減少了運行成本。

經過一年多的運行檢驗，其性能穩定、運行可靠節能效果明顯。

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