冷卻水系統(tǒng)的分布式綜合改造
冷卻水系統(tǒng)的分布式綜合改造
摘要：本文詳細介紹了如何利西門子S7系列224cn型PLC為控制處理器，實現(xiàn)自動變頻恒壓供水，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設計部分，降低了勞動強度，保證了生產(chǎn)正常供水。
關(guān)鍵詞：PLC恒壓控制設計；RS—485總線方案設計；綜合保護方案設計
Abstract: This paper describes how to facilitate Siemens S7 series the 224cn type PLC for the control of the processor, automatic conversion constant pressure water supply, focusing on analysis of system hardware and software design part, reduce the labor intensity, to ensure the production of normal supply.
Keywords: PLC constant voltage control design; RS-485 bus design; integrated conservation program design.
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一、冷卻水系統(tǒng)概況
我廠永久泵房共有11臺75KW水泵，為廠1#加壓站7臺壓縮機（約1000KW）、2#加壓站6000V315KW壓縮機及冷鼓148KW×2兩臺羅茨壓縮機提供冷卻水。由于我廠建造于八十年代，冷卻水系統(tǒng)由11臺水泵以及涼水池管路構(gòu)成，系統(tǒng)設計原始、簡單，僅能提供一個粗放的供水需求，沒有相應的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，無精確度可言。在負荷變化時，往往造成大負荷狀態(tài)下，多機爭水，水壓不夠，機器得不到有效的冷卻，導致壓縮機缸體溫升快，缸體、活塞環(huán)等部件的損壞事故時有發(fā)生，不僅影響安全生產(chǎn)，而且由于被壓縮氣體為煤氣，同時存在極大的安全隱患。而在小負荷時，又因冷卻水系統(tǒng)的壓力不可調(diào)，造成管路系統(tǒng)的管件、閥門的頻繁損壞，不僅有跑冒滴漏，而且也常常因冷卻水管路破裂、壓力下降導致機器不能正常運行，影響正常生產(chǎn)。針對冷卻水系統(tǒng)的諸多弊病，我廠專題會議研究決定由機電科技術(shù)攻關(guān)小組對該問題進行技術(shù)改造。
二、冷卻水系統(tǒng)軟硬件設計
由于目前流行的變頻控制技術(shù)已日瑧完善，其運行穩(wěn)定可靠性好，不僅控制簡單，而且環(huán)保節(jié)能，我通過對全國先進控制技術(shù)的比對研究，決定對廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的動力部分采用變頻驅(qū)動，系統(tǒng)架構(gòu)如下：
（一）主站PLC恒壓力控制的設計
在變頻供水的變頻系統(tǒng)中，西門子S7系列224cn型PLC為控制處理器，由PLC讀取總管壓力，當總管壓力低于設定壓力時，由PLC驅(qū)動控制系統(tǒng)啟動一臺工頻泵作為主泵供水，另一臺變頻泵為調(diào)節(jié)泵，如壓力依舊尚未達到設定的恒壓時，啟動第二臺工頻泵，由變頻泵為調(diào)節(jié)泵逐步向設定值逼近，達到設定壓力，并繞這一壓力值調(diào)節(jié)變頻泵頻率，以實現(xiàn)恒壓供水，主PLC通過RS—485總線讀取從PLC數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
（二）從站PLC的控制的設計
從站PLC為西門子S7—200的224xpcn，該PLC處理器將RS485總線上的各類數(shù)據(jù)進行邏輯處理與判斷，并將處理結(jié)果通過通信模塊上傳至上位機，以供上位機決策判斷。
（三）前端傳感器開關(guān)量的設計
前端壓力變送器選用EJA430型智能變送器采集本壓縮機的冷卻水壓力信號，并把壓力信號變?yōu)?～20Mar 檢測信號。前端的開關(guān)量信號利用真空開關(guān)的常開點作為采集點采集本壓縮機的啟停信號，在由上下位機構(gòu)成的主從控制系統(tǒng)確定啟動某臺壓縮機時，首選要判斷冷卻水系統(tǒng)壓力是否能夠滿足啟動本臺壓縮機的需要，如經(jīng)判斷不能滿足時，即現(xiàn)有壓力加上一臺壓縮機冷卻水所需壓力大于總管壓力時，由控制系統(tǒng)增加啟動一臺工頻泵，即有n+1臺工頻泵加上一臺變頻泵為冷卻水的動力系統(tǒng)為冷卻水系統(tǒng)提供動力，以實現(xiàn)智能的恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)普通意義上的變頻恒壓供水，而且還可以實現(xiàn)負荷的調(diào)節(jié)，即在負荷變化時，原來的恒壓已不能滿足系統(tǒng)變化后（增加或減少一臺或幾臺壓縮機或冷鼓機）所需的冷卻水壓力，該系統(tǒng)會根據(jù)現(xiàn)有的開機臺數(shù)，計算所需的冷卻水總壓力，啟動相應的工頻、變頻泵，實現(xiàn)新的恒壓供水。
（四）總線的設計
根據(jù)我廠實際情況，各所需冷卻水設備分布分散的特點，采用RS—485總線方案作為數(shù)據(jù)傳輸方案，各信號檢測設備如壓力變送器EJA430（橫河川儀）經(jīng)安全柵后，由臺灣研華4117數(shù)據(jù)采集卡采集，并由該4117的dataA與dataB直接把4～20mA的模擬量放在了RS—485傳輸總線上，供下位機讀取。
開關(guān)量的采集相對復雜一些，需有DC5V的電源串入真空開關(guān)的常開接點后，送入了臺灣研華的4117，由4117讀取，實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，直接由A、B端子放在RS—485總線上。
（五）綜合保護方案的設計
由于本系統(tǒng)為綜合性智能變頻供水控制系統(tǒng)，與普通意義上的變頻供水有本質(zhì)的區(qū)別，不僅能夠根據(jù)現(xiàn)場啟動壓縮機的臺數(shù)而確定變頻策略配方，同時還設計有故障診斷功能。
a、RS485總線故障的診斷與保護的設計
在下位機由RS485總線讀取數(shù)據(jù)時，編程思路按RS485協(xié)議實現(xiàn)，在不能收到確認即握手信號后，延時再循環(huán)，依舊無確認信號時，判斷為485總線故障，由PLC驅(qū)動相應的總線指示燈提示系統(tǒng)總線故障。
b、變送器故障的診斷與保護的設計
在支管變送器與壓縮機端冷卻水變送器的檢測信號差與16mA之比大于0.1時，即判斷為變送器故障，由數(shù)據(jù)歸檔后，以報警記錄顯示。
（六）數(shù)據(jù)采集卡的選擇
ADMA4117為臺灣研華公司智能數(shù)據(jù)采集卡，有八路輸入，一路RS485輸出，可實現(xiàn)自動編碼功能，由于本系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)采集量為50個左右，因此用九臺ADMA4117即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，該采集卡為vin0~vin7，共8路，可以自由設定其信號類型，由于本系統(tǒng)采用日本橫河川儀EJA430變送器為模擬量，因此vin0選用4～20mA作為輸入量，而vin1則采用0～5V作為輸入信號。
三、改造后系統(tǒng)運行情況
本系統(tǒng)自安裝以來，冷卻水壓力隨使用情況自動調(diào)節(jié)，操作工由原來的三班6名改為3名，節(jié)約人工費用60000元/年。從節(jié)能角度看，每月可節(jié)電約11000KWh，按0.8元/KWh計算，年可節(jié)約電費105600元。
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