西門子觸摸屏與PLC閉環(huán)控制的變頻器使用

時間：2023-04-28

本文介紹了基于西門子觸摸屏與PLC閉環(huán)控制的變頻器節(jié)能改造系統(tǒng)，　觸摸屏和PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)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(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運算指令（模擬信號），調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。并可實時監(jiān)控到被控系統(tǒng)實際值的大小及變頻器內(nèi)的多個參數(shù)，實現(xiàn)報警、記錄等功能。

1、西門子觸摸屏結(jié)合西門子PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)中的應用是一種自動控制的趨勢。觸摸屏和PLC在閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)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(jié)能系統(tǒng)發(fā)出運算指令（模擬信號），調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。并可實時監(jiān)控到被控系統(tǒng)實際值的大小及變頻器內(nèi)的多個參數(shù)，實現(xiàn)報警、記錄等功能。一般PLC結(jié)合觸摸屏的閉環(huán)調(diào)節(jié)的變頻節(jié)能系統(tǒng)如下圖所示。圖1 觸摸屏結(jié)合PLC控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)示意圖2、閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)用途

2、閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)用途很廣，各種場合的變頻節(jié)能系統(tǒng)的拖動方式及控制方式各有不同，具體應用時應根據(jù)實際情況選擇設計。下面列舉一些：中央空調(diào)節(jié)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(wǎng)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(jié)能系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)預處理信號由鍋爐自動控制系統(tǒng)、DCS或多沖量控制系統(tǒng)給出。汽輪機：循環(huán)泵、凝結(jié)泵等，其控制調(diào)節(jié)預處理信號由汽輪機自動控制系統(tǒng)及DCS給出。純水處理系統(tǒng)：軟化水泵、增壓泵等。潔凈室：增壓風機、FFU群控等等。

3、整個閉環(huán)控制的變頻節(jié)能系統(tǒng)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(tǒng)的控制**。其主要的作用要體現(xiàn)以下幾方面：① 完成對系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。② 完成對整個系統(tǒng)的邏輯控制及PID調(diào)節(jié)的運算。③ 向觸摸屏提供所采集及處理的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行觸摸屏發(fā)出的各種指令。④ 將PID運算的數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率的控制信號。⑤ 通過通信電纜及USS4協(xié)議完成對變頻器內(nèi)部參數(shù)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(tǒng)的運行狀態(tài)。② 通過觸摸向PLC發(fā)出指令和數(shù)據(jù),再通過PLC完成對系統(tǒng)或設備的控制。③ 可做成多幅多種監(jiān)控畫面，替代了傳統(tǒng)的電氣操作盤及顯示記錄儀表等，且功能*加強大。

(3) 變頻器：采用SIEMENS公司440系列，通過USS4協(xié)議可由觸摸屏通過PLC設置其內(nèi)部的部分參數(shù)，根據(jù)PLC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)（模擬量）值調(diào)節(jié)水泵或風機的轉(zhuǎn)速，并將其內(nèi)部運行參數(shù)反饋到PLC。

(4) 壓力、溫度等傳感器：將被控制系統(tǒng)（水系統(tǒng)或風系統(tǒng)）的實際參數(shù)值轉(zhuǎn)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(qū)動等。

4、觸摸屏畫面設計　　觸摸屏畫面由ProTool等**軟件進行設計，然后先通過編程電腦調(diào)試，合格后再下載到觸摸屏。觸摸屏畫面總數(shù)應在其存儲空間允許的范圍內(nèi)，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(tǒng)的主系統(tǒng)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(tǒng)畫面作為主畫面，則應在畫面中顯示被控系統(tǒng)的一些主要參數(shù)，以便在此畫面上對整個被控系統(tǒng)有大致的了解。

（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(nèi)部的參數(shù)，也可將變頻器參數(shù)的設定做在其中。該種畫面的數(shù)量在觸摸屏畫面中占的多，其具體畫面數(shù)量由實際被控設備決定。

（3）參數(shù)設置頁面的設計　　該畫面主要是對變頻器的內(nèi)部參數(shù)進行設定，同時還應顯示參數(shù)設定完成的情況，實際制作時還應考慮加密的問題。

（4）實時趨勢頁面的設計　　該畫面主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(shù)（如輸出頻率）等的實時狀態(tài)。

（5）信息記錄頁面的設計　　該畫面主要是記錄可能出現(xiàn)的設備損壞、過載、數(shù)值*范圍和系統(tǒng)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(jié)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(shù)及實時節(jié)電狀態(tài)，以便向用戶展示變頻節(jié)能的好處，也可用來與其它的節(jié)電測量作比較。

5、PLC程序設計　　PLC程序由S7-200**編程軟件進行設計，然后通過編程電腦下載到PLC進行聯(lián)機調(diào)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(guī)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(lián)動、聯(lián)鎖及自動投切等等功能，一般在離線狀態(tài)下就能完成軟件邏輯功能的。

（2）PID功能的設計　　通過S7-200中的PID向?qū)Э赏瓿蒔ID調(diào)節(jié)程序，具體應用時需根據(jù)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(zhuǎn)換后的具體數(shù)據(jù)是否與PID及顯示等程序配套，實際制作時還應考慮采樣是多路且相關聯(lián)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(xié)議程序來完成，該程序的主要目的是監(jiān)控變頻器的實時運行狀態(tài)。

（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(jié)完善。

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西門子變頻器（圖1）西門子變頻器在中國市場的使用早是在鋼鐵行業(yè)，然而在當時電機調(diào)速還是以直流調(diào)速為主，變頻器的應用還是一個新興的市場，但隨著電子元器件的不斷發(fā)展以及控制理論的不斷成熟，變頻調(diào)速已逐步取代了直流調(diào)速，成為驅(qū)動產(chǎn)品的主流，西門子變頻器因其強大的品牌效應在這巨大的中國市場中**了*規(guī)模的發(fā)展，西門子在中國變頻器市場的成功發(fā)展應該說是西門子品牌與技術的**結(jié)合。在中國市場上我們能碰到的早期