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1、用 PLC 实现自动调节和各种控制功能山东滨化集团有限公司有2台石油气压缩机，单机额定功率75kW, 开一备运 行方式，而在实际生产中只需大约45kW输出功率。压缩机在低于额定工况下运 转，负载率较低，而且其风压与流量大小要靠手动阀调节，操作困难，也浪费大 量电能。为此，考虑采用变频调速技术进行改造，用 PLC 实现自动调节和各种控 制 功能。运行实践证明，该方案稳定可靠，经济效果明显。一 工艺要求(1) 正常生产过程中， 2台压缩机应至少有1台运行，即使在相互切换时，也不 允许发生两台机器全部停止的现象。(2) 保持压缩机出口压力在预定值上。(3) 能实现对压缩机运行状态进行分析，以实现预测
2、性检修。二 系统控制原理(1) 工艺专业设定压缩机管网正常出口压力为P1,而现场实际测定压力为P2,根 据厶P(=P2-P1)值大小由PLC内PID功能模块进行PID运算，控制变频器来改变 电动机转速，达到所要求的压力。当 P0时，现场压力偏高，则提高变频器 输出频率，使电动机转速加快，提高实际风压；当厶PVO时，现 场压力偏低， 则使转速降低， P减小。这样不断调整，使 P趋于0,现场实际压力在设定 压力附近波动，保证压力稳定。系统结构如图 1。娈i_4压缩机TPLC频器压缩机2压力变送器图1系统结构（2）压缩机长期运行，造成各部件间隙变大，这样引起的振动会越来越大，容易 造成压缩机各部件的
3、损坏。由 PLC 对现场振动情况进行判断分析，可提前对压缩 机进行计划性维护保养，这样可大大延长设备的使用寿命，提高设备运行可靠性， 减少设备故障引起的非计划性停车。三 设计方案该方案主要由 1 台 Siemens EC01-7500/3 变频器、1 台 S7-200 型 PLC（CPU215/216, 配套EM235扩展模块）以及接触器、操作按钮、1台现场压力变送器和2台振动 测量装置（振动变送器）组成，用PLC实现压缩机出口压力单回路闭环PID控制以 及压缩机起动、停止、切换、故障处理等各种电气控制功能,由振动 变送器对 压缩机状态进行监控分析，以实现预测性维护维修。主回路如图 2。300
4、V AC图2主回路（1）PID 运算功能的实现S7-200系列中CPU215/216具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令等 特殊功能。使用时，只需在PLC内存中填写1张PID控制参数表（见下表），再 执行指令：PID TABLE, LOOP，即可完成PID运算。其中操作数TABLE使用变量 存储器VBx,用来指明控制环的起始地址；操作数LOOP是控制环号（常数，0 7）。编号为2、4、5、6、7的参数固定不变，可在PLC主程序中设定；编号为 1、3、8、9的参数具有实时性，须在调用PID指令时填入。参数编号娈虽名尋常举型说明1 J谨节量In被控对象的输出量2输出量In被控对象的绘定输
5、出量控般In/Out输出到薇控对載4 1翊增益In可 JE可一 .5采样时间ln疋数.辅为秒6破单OSImin)7 微分时间In正数.单谊为分刑8累计误差In/Out累计偏移建9先施谓节量In/Out上次PID指令时的调节最由于 S7-200 输入和输出为开关量，而变频器、压力变送器和振动变送器的信号 为模拟量，因此 EM235 模块要实现 D/A 转换。一个 EM235 模块可同时扩展 3 路模 拟量输入通道(接 1 路压力信号，2 路振动信号)和 1 路模拟量输出通道(接至变 频器)。(2) 起动M1 和 M2 各有两种起动方式，可通过转换开关选择变频/工频起动方式。(3) 运行正常情况下
6、，电动机 M1 处于变频调速状态，电动机 M2 处于停机备用状态。现场 压力变送器检测管网出口压力(420mA模拟量信号),并与预定值相比较，经PLC 内部专用 PID 指令进行运算，得到变频器所需频率信号，自动调节电动机转速， 达到所需管网压力。(4) 停止按下“停止按钮”， PLC 控制所有接触器断开，变频器停止工作。(5) 切换当需从电动机 M1 切换到 M2 时，接触器 KM2 断开， KM1 闭合，此时电动机 M1 工作在工频下，在变频器完全停止后，KM4闭合，变频器重新起动，电动机M2在 变频器驱动下起动；完全起动后，KM1断开，电动机Ml停止，切换操作结束。 电动机M2切换到Ml
7、过程类似。(6) 报警及故障自诊断通过 PLC 内部程序设定报警及联锁保护，一旦出现故障立即停止相应操作并报 警。对于故障自诊断功能，考虑到成本问题，未设计上位机，只设置相应故障代 码， 通过 4 位数码管显示，使维修人员可根据故障信息方便查找到故障点。如：(a)压缩机油压低、水压低等故障信号，可由现场防爆电接点压力表测得，直接 送至PLC，由PLC控制实现声光报警和延时停车；(b)增设现场振动传感器，并 将信号送至PLC，对压缩机运行状况进行显示和诊断。四 几点体会和设计中应注意的问题(1) 采用变频控制后，实现了压缩机的软起动，减小了起动电流对电网的冲击； 节电效果明显， l 年内可回收全
8、部投资。(2) 采用PLC后，组成闭环自控系统，实现自动调节，运行更加稳定可靠。(3) 变频器、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远控操作，方式简 单灵活。(4) 系统可扩展性较好。若有多台压缩机在变频/工频供电方式下运行时，只需将 增加信息或信号引至PLC，即可实现整个系统的自动控制；若生产需要，本系统 也可方便接入 DCS 或上位机，建立人机界面的监控系统等。(5) 预测性维护检修可大大延长压缩机使用寿命，提高可靠性，减少停车损失， 降低运行费用。(6) PLC 控制电动机在变频/工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开 顺序以及足够的延时，以防止电动机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出 逆变桥上，造成损坏。(7) PLC 须实现 KM2 和 KM4 间的互锁，以防止 2 台电动机同时变频起动，使变频 器因过载而损坏。(8) 因 2 台电动机会在短时间内分别在工频和变频下同时运行，故变频控制柜的 总电源开关需按 2 台电动机负载量考虑。
