作者：李曉竹,趙志廣,孟慶鑄

目前，交流調速技術在節能方面已獲得了廣泛的應用，把一些原有的恒速交流電力傳動系統改造成為轉速可調的交流調速系統，可以取得明顯的節電效果。因此，交流調速已成為節能方面的一項關鍵技術，它在工業中的應用將有廣闊的前景。本文介紹一下阜新自來水公司在電氣改造方面的情況。

1 水塔水位系統控制示意圖（如圖1）

（1）系統控制要求

如圖1所示水塔水位系統控制框圖是模擬現代生活中對水量的要求下，在對供應水的同時，對節水節能也有嚴格的要求之下，對水位的控制將有一定要求，所以采用通用變頻器來驅動水泵電機，對水位的不同要求決定供電頻率的不同，從而決定進水量的不同。在安全控制水位的前提下，系統還有一些必要的要求：液位顯示、超液位報警、液位變化曲線打印等。

（2）系統控制方案

該控制系統的被控對象是水塔的水位，而水位這個被控對象的特點是非線性、大慣性，所以沒有采用常規的PID調節器構成閉環控制系統，而是采用了BANG—BANG控制調節器來對變頻器進行時實控制。

如圖2所示，由PLC組成BANG—BANG調節器，PLC是該控制系統的核心。它不僅要完成控制任務，還要完成改變頻率的功能。而8031單片機在這里起液位顯示、曲線打印以及報警等功能。

2 PLC與通用變頻器的接口技術

該系統的PLC采用的是德國西門子公司的s7—200PLC，共可配置5塊I／O模塊，每個模塊上共有8個點，能夠滿足設計需要。通用變頻器采用SAMCO—i系列中的IF一2．2K型號。變頻器的給定頻率通過面板給定，由PLC的輸出端子進行控制，如圖3所示。

接口設計中的一些注意事項如下：

（1）根據不同頻率的要求決定變頻器端子FR、2DF、3DF與PLC輸出端子的連接方法。由表1可知有25Hz、35Hz、45Hz，50Hz4種頻率。由PLC的輸出信號對變頻器相應端子進行組合，以產生上述4種頻率。

（2）本例中PLC采用晶體管直流輸出模塊。由于這種無觸點開關電路的輸出級為光耦合器，其電源和變頻器內部控制電路的電源間互相隔離，故無需外接其它裝置便可確保不會發生誤動作。

（3）將變頻器的異常報警信號輸出端接至PLC的輸入端子，以隨時通過PLC對變頻器的工作狀況進行監控。

3 PLC程序設計

本系統中PLC程序設計采取常用的順序控制設計法（功能表圖設計法）。首先作出功能表圖，然后列寫現場信號與PLC軟繼電器編號對照表，最后由邏輯表達式作出梯形圖在變頻調速控制系統的梯形圖設計中，應特別注意以下3個方面的問題：

（1）當PLC構成控制系統調節器時，應另外作出如表2所示的調節器I／O編號對照表，并按照PLC與變頻器的I／O接口位置明確相互間的連接關系。

（2）在一般的功能表圖設計中，各工步的狀態是唯一的，并且事先是已知的，故只需根據切換條件便可寫出各工步邏輯表達式。但在本系統中，有的工步只有唯一的狀態（如水位低于SQ1），有的工步卻需要從4種狀態中進行選擇（如水位從SQ1上升至SQ2的過程中），而選擇的依據則是上一工步的頻率以及本工步的執行時間。因此，需要對一般的功能表圖進行修改，在工步中加入分支選擇，從而寫出正確的邏輯表達式和梯形圖。圖4是針對水位由SQ1上升至SQ2這一工作過程而作的功能表圖。結合I／O對照表便可進一步得部分梯形圖（圖略）。

（3）通過上面的分析可知，某一工步的執行時間是決定該工步工作狀態的重要因素之一，而不同的定時時間是通過若干定時器串聯實現的。定時器的串聯不只是為了增加定時時間，更重要的是把串聯中各個定時器的工作切換作為該工步選擇不同頻率的控。

4 結束語

通過這次控制系統的改造，為阜新自來水公司節能30％左右，達到了預定節能的目標。

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