張　東

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)公司　安徽馬鞍山　243000)

?

基于PLC與溫度巡檢儀的風(fēng)機(jī)變頻自動(dòng)控制

張東

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)公司安徽馬鞍山243000)

摘要：CPU224XP與溫度巡檢儀通過(guò)Modbus-RTU通訊，PLC讀取測(cè)量的電機(jī)溫度值。CPU224XP通過(guò)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(xiě)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(shù)，實(shí)現(xiàn)給定頻率根據(jù)環(huán)境溫度的線性自動(dòng)給定，從而實(shí)現(xiàn)變頻器自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞：溫度巡檢儀；PLC；Modbus-RTU；變頻器

隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展、完善，變頻器在風(fēng)機(jī)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)人工調(diào)節(jié)電位器來(lái)控制變頻器的輸出頻率這一控制方式應(yīng)用較為普遍，但是通過(guò)人工控制變頻器這種方式不可能做到實(shí)時(shí)、高效。筆者設(shè)計(jì)了一種根據(jù)電機(jī)溫度的變化來(lái)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制變頻器方法。

1 Modbus-RTU協(xié)議規(guī)范

1.1LU-905M08溫度巡檢儀協(xié)議規(guī)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(shù)據(jù)位8位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1位停止位。

1.1.2通訊幀格式

表1　主站請(qǐng)求格式

表2　從站響應(yīng)格式

1.2 CPU224XP Modbus通訊協(xié)議規(guī)范

1.2.1通過(guò)STEP7-Micro/WIN編程軟件內(nèi)庫(kù)函數(shù)“MBUS_CTRL”、“MBUS_MSG”設(shè)置從站地址、通訊波特率、奇偶校驗(yàn)、功能碼等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)從站的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

1.2.2用于S7-200端口0的MBUS_CTRL指令可初始化、監(jiān)視或禁用Modbus通訊?！澳Ｊ健陛斎霐?shù)值選擇通訊協(xié)議。輸入值1將CPU端口分配給Modbus協(xié)議并啟用該協(xié)議。輸入值0將CPU端口分配給PPI系統(tǒng)協(xié)議并禁用Modbus協(xié)議?！安ㄌ亍眳?shù)將波特率設(shè)為1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600或115200波特?！捌媾夹ｒ?yàn)”參數(shù)被設(shè)為與Modbus從站奇偶校驗(yàn)相匹配。所有設(shè)置使用一個(gè)起始位和一個(gè)停止位。

1.2.3MBUS_MSG指令用于啟動(dòng)對(duì)Modbus從站的請(qǐng)求并處理應(yīng)答。當(dāng)EN輸入和“首次”輸入打開(kāi)時(shí)，BUS_MSG指令啟動(dòng)對(duì)Modbus從站的請(qǐng)求。發(fā)送請(qǐng)求、等待應(yīng)答、并處理應(yīng)答通常需要多次掃描?！笆状巍眳?shù)應(yīng)該在有新請(qǐng)求要發(fā)送時(shí)才打開(kāi)以進(jìn)行一次掃描?！皬恼尽眳?shù)是Modbus從站的地址。允許的范圍是0到247?！白x寫(xiě)”參出指定是否要讀取或?qū)懭朐撓ⅰ?/p>

1.2.4離散輸出(線圈)和保持寄存器支持讀取和寫(xiě)入請(qǐng)求。離散輸入(觸點(diǎn))和輸入寄存器僅支持讀取請(qǐng)求“地址”參數(shù)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(diǎn))；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(shù)

式中,F表示給定頻率值,T表示環(huán)境溫度值;

T0表示程序設(shè)定啟動(dòng)風(fēng)機(jī)最低溫度;

F0表示T0對(duì)應(yīng)的最小給定頻率;

Tmax表示設(shè)定的變頻器50Hz時(shí)對(duì)應(yīng)最大溫度

(F0,T0,Tmax可根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)自由設(shè)定)

圖1　溫度-頻率線性關(guān)系圖

3控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1CPU224XP的DI接口可以采集變頻器故障反饋信號(hào)，風(fēng)機(jī)主回路FU熱繼電器故障信號(hào)，KM1、KM2主接觸器吸合反饋信號(hào)等外部輸入信號(hào)；DO接口可以通過(guò)中間繼電器KA輔助觸點(diǎn)控制變頻器啟動(dòng)，以及風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止等狀態(tài)信號(hào)指示燈。AO接口輸出0-10V電壓信號(hào)連接變頻器AI接口，作為變頻器頻率給定。通過(guò)PORT0 DB9孔R(shí)S-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(guò)3線制連接溫度巡檢儀相應(yīng)端子，采用PT100三線式接法可消除引線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。

3.3當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定的溫度值T0時(shí)，則PLC控制變頻器啟動(dòng)，同時(shí)給定變頻器設(shè)定的最低F0啟動(dòng)，當(dāng)測(cè)量環(huán)境溫度變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的給定頻率自動(dòng)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(xiě)

Network 1 // 波特率9.6kb/s，無(wú)奇偶校驗(yàn)，通訊超時(shí)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(nèi)容(第一通道測(cè)量的溫度值)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度1個(gè)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(shù)子程序編寫(xiě)

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(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理

6.1當(dāng)工作負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可降低能耗，節(jié)約能源。由流體力學(xué)理論可知，風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比，風(fēng)壓p與轉(zhuǎn)速n2成正比。風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T的與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即T∝n2,風(fēng)機(jī)的軸功率P與轉(zhuǎn)速n3成正比。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的頻率F與電機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比。

6.2當(dāng)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后轉(zhuǎn)速N1與額定轉(zhuǎn)速N2比值變化，功率變化比為其比值立方，表3反應(yīng)了當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，風(fēng)機(jī)可能節(jié)電的理論計(jì)算值。通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出變頻調(diào)速節(jié)能明顯。

表3　調(diào)速所能達(dá)到的理論節(jié)能值

5結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，通過(guò)溫度變化實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取得了顯著的節(jié)能效果，是一種理想的風(fēng)機(jī)變頻器自動(dòng)控制方案。通過(guò)改變頻率，機(jī)械轉(zhuǎn)速降低后，機(jī)械磨損降低，使用壽命延長(zhǎng)了，直接或者間接經(jīng)濟(jì)效益可觀。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李鐵軍.變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2008，2

[2]李發(fā)海.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005

[3]譚小平.風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速節(jié)能計(jì)算與分析[J].系統(tǒng)集成與工程應(yīng)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(jiǎn)介：張東(1985-)，男，馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)公司，工程技術(shù)人員。

中圖分類號(hào)：TM571.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-9994(2016)02-0019-03