1、引言

隨著我國自動化水平的提高，西門子S7-300系列PLC以其強大的邏輯運算、通信能力、可靠性等優(yōu)點在國內(nèi)各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。采用交流調(diào)速系統(tǒng)直接控制煤氣鼓風機電機的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用PLC與壓力變送器構(gòu)成初冷器前吸力的閉環(huán)制動自動控制系統(tǒng)，合理的實現(xiàn)了電機根據(jù)負荷的變化變速運行，自動調(diào)節(jié)煤氣壓力，應(yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)是調(diào)節(jié)煤氣壓力和節(jié)能的最佳有效方法。既滿足了生產(chǎn)需要，由達到了節(jié)能降耗，延長設(shè)備的使用壽命和提高控制水平的目的。

2、概述

根據(jù)生產(chǎn)線內(nèi)還原退火爐和固化爐的工藝要求，從煤氣站輸送的煤氣壓力不能滿足生產(chǎn)工藝的需求，因此需要對低壓煤氣進行加壓處理，同時保證高壓煤氣壓力恒定。煤氣加壓站，有兩臺三相異步電動機，一臺在用，一臺預(yù)留。通過電動機帶動煤氣鼓風機，給煤氣加壓,通過上位機操作界面程序設(shè)定相應(yīng)壓力，PID程序調(diào)節(jié)，實時調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制電機的轉(zhuǎn)速，保證生產(chǎn)所需煤氣壓力的恒定，使彩涂線生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

3、系統(tǒng)設(shè)計方案及原理

鼓風機變頻調(diào)速系統(tǒng)采用高可靠性的兩級計算機集散控制系統(tǒng)，由變頻器、PLC控制器、監(jiān)控站及儀表系統(tǒng)構(gòu)成。將初冷器前吸力信號送至PLC，作為初冷器前煤氣壓力閉環(huán)控制的反饋值（給定值根據(jù)實際工況設(shè)定）。通過PLC對初冷器前煤氣壓力信號變換和處理，為變頻器提供頻率給定，實現(xiàn)頻率的自動調(diào)整，也就是說對鼓風機電機的轉(zhuǎn)速進行控制，以達到根據(jù)負荷變化而調(diào)整輸出功率，穩(wěn)定初冷器前煤氣壓力和節(jié)能降耗的目的。

3.1系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，主要部分及其功能分述如下。

1)變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)采用ABB公司的ACS600全數(shù)字交流變頻器，完成工頻50HZ交流電到頻率可變的交流電的轉(zhuǎn)換，并具有自動和手動、就地和遠程調(diào)速控制功能。風機室共有2臺風機，一運一備。采用1臺變頻調(diào)速器控制運行風機的1臺。經(jīng)工藝計算，通過調(diào)節(jié)1臺鼓風機的轉(zhuǎn)速，就能滿足總管煤氣壓力調(diào)節(jié)的工藝要求。變頻調(diào)速器調(diào)速原理：異步電機轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p（式中：f為電源頻率，p為極對數(shù)，s為電機轉(zhuǎn)差率）從上式可以看出，改變供電頻率，即可改變轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，使其在變頻范圍，動態(tài)響應(yīng)，工作效率，調(diào)整精度，可靠性等方面都達到了較完美的程度。

 圖1系統(tǒng)組成

2)PLC控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)中的PLC為SIMATICS7-300系列可編程控制器。PLC系統(tǒng)與ABB600變頻器之間采用FROFIBUS總線通信，S7-300為主站，變頻器為從站。S7-300PLC完成整個系統(tǒng)的信號采集和控制功能及變頻器故障時變頻到工頻的自動切換。PLC和上位之間采用internet通訊。

3）監(jiān)控站

監(jiān)控站選用西門子工業(yè)控制計算機和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件WinCC（視窗控制中心），完成整個系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運行狀態(tài)的現(xiàn)實和監(jiān)控、實現(xiàn)曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存、權(quán)限管理、操作查詢、報警、打印等功能。

4)儀表系統(tǒng)

儀表系統(tǒng)由變送器、配電器、隔離器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等構(gòu)成，主要完成壓力信號的獲取和閥門的控制執(zhí)行，調(diào)節(jié)器作為計算機系統(tǒng)的備用控制手段，當計算機出現(xiàn)故障時，可以變成手動方式控制煤氣壓力。

3.2軟件基礎(chǔ)及實現(xiàn)

本系統(tǒng)軟件平臺采用Windows2000，上位機采用WinCC軟件組態(tài)，下位機編程應(yīng)用軟件采用SIMATICSTEP7。PLC系統(tǒng)硬件配置圖如圖2所示。

 圖2  PLC系統(tǒng)硬件配置圖

4、系統(tǒng)實現(xiàn)功能

進入加壓站的煤氣主管壓力低于700Pa時，發(fā)出聲光信號，當壓力低于500Pa時，加壓機停止運行。當加壓機進出口壓力發(fā)生變化時，能自動調(diào)節(jié)加壓機的轉(zhuǎn)速，即當出口壓力設(shè)定，入口壓力降低時，使加壓機轉(zhuǎn)速升高；入口壓力升高時，使加壓機轉(zhuǎn)速降低，保證出口壓力的恒定。

根據(jù)用戶對煤氣壓力穩(wěn)定的要求，考慮到低壓煤氣主管壓力不穩(wěn)定，需要為加壓機設(shè)置變頻調(diào)速裝置，調(diào)速范圍50~100%。

該控制系統(tǒng)的特點：

1．西門子PLC系統(tǒng)與ABB600之間采用Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊。

2．完成對煤氣系統(tǒng)出口壓力及導熱油爐空燃比的自動調(diào)節(jié)。

3．通過上位監(jiān)控畫面實現(xiàn)對所有設(shè)備在線監(jiān)控，完成各個工藝設(shè)備的順序控制，故障報警處理及顯示高壓煤氣入口壓力、歷史趨勢的讀取等。

4．通過上位機可以對系統(tǒng)進行組態(tài)、調(diào)試、仿真等。

5．采用以太網(wǎng)技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)通訊。

6．手動和自動兩種工作方式選擇，使設(shè)備故障影響時間為零，減輕了電氣工人維護強度。

5、結(jié)束語

經(jīng)該PLC控制系統(tǒng)的煤氣滿足了工業(yè)的要求，能在上位機上實時的反映遠距離設(shè)備的工作情況、報警信息及打印輸出報表，使操作更方便、故障處理更及時，達到了生產(chǎn)自動化控制的目標。