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――对某开卷厂高速矫平控制系统的改造
一:改造的缘由
我们知道,在平板矫平机中,控制的关键不是矫平过程,而是所设定的单位长度矫平完
成后的定位方式以及如何保证定位精度。 客户原有的生产线均是采用如图一所示的开环控制模式,利用检测到的数据与PLC中设定的长度不断的比较,然后由PLC给出变频器的控制指令,PLC担负着比较重的运算任务,对PLC的程序设计要求比较高,虽然经过多次的调试,精度要求(卷板2mm内)可以基本达到,但仍然很不稳定,并且某些条件一旦改变如定尺长度、矫平速度等,系统常数就需要重新调试,并且当系统高速运作的时候,往往钢板的冲量会很大,电动机侧要加上另外的制动单元,这无疑又增大了可控的难度。
二:我们的`方案
于是我们向客户提出了一个利用富士SPB PLC, FRN VG7系列高性能矢量控制变频器所组成的闭环控制系统,具体配置如下:1. PLC: NWOP30T-31,富士SPB系列PLC,30点主机单元,晶体管输出,主要用于输出变频器的速度指令(脉冲输出)。
2. PLC 扩展单元: NWOE16R-0,继电器输出,用于连接其他外设。
3. 人机界面: UG221H-LE4,5.7”经济型单色触摸屏,用于PLC参数的设定,控制方式的选择,以及机器工作状态的监控。
4. 变频器: FRN11VG7S-4,11KW高性能矢量型控制器。
5. VG7 PG增设卡: OPC-VG7-PG,用于接受PLC发出的脉冲信号进行闭环控制。
6. VG7对应制动电阻
7. 光电PG编码器:国产,脉冲数1024/转。
8. 电机:国产Y132M-4型 功率7.5kw,电流15.4A,转速1440r/min。(用户定)。
三:实施过程
富士SPB 晶体管输出型PLC除了可将第0位(Y10)和第1位(Y11)作为普通外部输出外,还可以通过专用的指令使其作为100KHz的输出脉冲使用,本例中就使用了PLS1指令,输出给Y10与Y11(Y10,Y11分别与VG7选件卡OPC-VG7-PG0相接)进行脉冲串与方向信号的控制,。
触摸屏画面中,主要做了以下几个界面:
1:主界面(a)
主要是进行操作页面的选择,触摸相应键则进入相应画面.
2:输入密码(b)
进行参数设定时首先要输入密码:
3:密码有误(c)
如果密码有误则进入该页:
4: 参数设定(d)
如果密码正确则进入该页进行参数设定,点相应位置会弹出进行输入的数字键盘:
5:自动操作(e)
在该页中进行系统的自动运行及监控。
6:手动操作(f)
进行手动状态下的运行与监控。
7:变频报警(g)
当系统检测到变频器出故障时,自动跳到该页。
四:实施效果
现场运行结果表明运用新系统以后,设备的精度与效率明显提高,下表是以2m卷板为例所得到的数据对比:
原系统 新系统
1、每分钟剪板数 6-8 8-12
2、剪板精度 2mm 0.5mm
3、从以上数据与图表都可以看出采用新系统后,设备的运行效率及精度有了明显提高。
五:结束语
在本系统中VG7系列变频器极强的控制性能,SPB PLC丰富的编程语言,UG系列触摸屏强大的画面制作能力都得到了很好的体现,与达到同样精度、效率要求的伺服系统相比,价格优势明显,所以在同行业及需要精密位置控制的系统中有很好的推广价值。
KV1000变频器在平板矫平机中的应用
一、设备配置设备名称:程控平板矫平定尺控制系统
设备组成:开卷机、剪板机、19 辊薄板矫平机及辅助压下装置,其中用 19 辊薄板矫平机的驱动变频器采用深圳科姆龙 KV1000 变频器。
电机功率: 30KW
钢板厚度及宽度: 0.6――6mm × 1650mm
矫平机速度: 7――30m/s
定尺长度: 1.5/2/4/6m 多种
剪切精度: 0.5mm ,卷板 2mm
二、平板矫平机的工作原理
由轧钢厂生产的冷轧板或卷板,必须经过定尺剪切后才能广泛应用,平板矫平机是将成卷板材矫平并定尺剪裁的专用设备,其系统构成如图 1 所示:
具体工作过程如下:
用吊车将整卷板材固定在开卷机上,由开卷机将板材经过辅助压下装置送入矫平机;
调节矫平机前后梁,使不同厚度的板材能顺利送入矫平机,关闭开卷机;
启动矫平机,在矫平机出口检测已矫平的板材长度,达到设定尺要求后迅速停机定位;
剪板机在达到定尺要求后,将板材剪断,完成一次剪切操作;
上述操作既可由系统自动完成,也可通过手动完成。
三、系统特点
在冶金系统中,定尺控制的应用场合非常广泛,不同场合所用的方法也不尽相同,但基本上都是采用 PLC+PG 控制方案。本套系统也不例外,它采用三菱 PLC 完成平板的前进 / 后退、平板电动、前后梁上升 / 下降、定尺长度设定、剪板机启动 / 停止、剪板机启动、自动 / 手动选择、推进速度选择等操作,通过 KV1000 变频器多段速度选择推进速度,并根据剪板机型号选用合适的.加减速度,从而提高定尺精度,其控制系统框图如图 2 所示。
四、变频器参数设置
表 1 为本套系统使用的变频器参数设定值,其它参数均采用出厂值。在表 1 的参数中,直流制动时间长达 10 秒,这主要是为了防止剪切时开卷板材反拽引起的定尺精度的下降,即零频抱闸,实际使用直流制动的时间不到 5S .
表1 变频器参数设置 :
PLC在氧气压缩机控制系统中的应用论文
简介: 介绍了采用三菱PLC和CC-LINK现场总线实现的氧气压缩机自动控制系统的系统配置和主要控制功能。该系统对过程量的实时控制和开关量的联锁控制都有较为理想的实现。
1 引言
莱钢8#氧气压缩机是1m3/h空分装置的关键设备,其作用是将气态氧产品压缩成中压氧,通过管道输送到用户。8#氧气压缩机工作正常与否,对莱钢的生产大局和经济效益影响很大。它主要采用三菱MELSEC A1S PLC实现自动控制,控制效果良好,运行稳定可靠。
2 工艺简介
莱钢8#氧压机的'工艺流程,纯度达到99.6%以上的氧气,经调节阀PCV 3922和入口截止阀PV 1501进入压缩机,进行第一级、第二级、第三级压缩,每级压缩后经过一次冷却;一级压缩后气体经调节阀PCV1 1510形成一级回流,三级压缩后气体经调节阀PCV3 1510形成三级回流;气体回流引起入口压力PI 3922升高、流量FI 3920降低,由调节阀FCV1 3920和FCV2 3920进行机前放空,使压力PI 3922和流量FI 3920保持在设定点附近;从氧压机出来的氧气经截止阀PV 1537通过管道输送到用户,或根据实际生产需要通过截止阀PV 1536放空。为确保安全,每一级压缩排气侧分别装有安全阀,超压时紧急排放部分气体,以降低压缩气体压力。
3 系统配置
莱钢8#氧压机自动控制系统主要采用三菱MELSEC A1S PLC和CC-LINK现场总线实现。系统配置如图2所示,配置有1块CPU主基板(A1S38B)和1块扩展基板(A1S55B-S1),共有1块电源模板(A1S62P)、1块CPU模板(A1SCPU)、4块数字输入模板(A1SX80)、3块数字输出模板(A1SY80)、3块模拟输入模板(A1S64AD)、1块模拟输出模板(A1S62DA)、2块PT100多路转换变送器(PT-62),1个操作员面板通过CC-LINK现场总线与PLC控制器相连。系统共有数字量输入信号63 点、数字量输出信号43点、模拟量输入信号9点、模拟量输出信号2点、RTD信号18点。
4 主要控制功能
氧压机控制功能主要包括防喘振控制、压缩机启/停联锁控制、辅助设备的启/停联锁控制,以及重要工艺参数的实时显示、报警等。
4.1防喘振控制
压缩机出口流量与压力不匹配,即流量低或压力高时,会造成压缩机喘振。该氧压机防喘振控制包括入口压力调节、入口流量调节、一级回流调节和三级回流调节。
(1) 入口压力调节
入口压力采取常规PID调节,调节器为PIC 3922,由入口压力调节阀PCV 3922完成。
(2) 入口流量调节
入口流量采取分段调节,由机前主放空调节阀FCV1 3920和旁路放空调节阀FCV2 3920完成。
调节参数为氧压机机前流量,测量值有温压补偿。当PID调节器FIC 3920的输出在0-10%之间时,旁路放空调节阀FCV2 3920起作用,对应开度为0-100%,主放空调节阀FCV1 3920处于全关状态;当调节器输出在10%-100%之间时,主放空调节阀FCV1 3920开始起作用,对应开度为0-100%,旁路放空调节阀FCV2 3920处于全开状态。
(3) 回流调节
回流调节采取分段调节,由一级回流调节阀PCV1 1510和三级回流调节阀PCV3 1510完成。
调节参数为氧压机机前流量和管网压力,二者分别进行PID运算。当管网压力正常时,机前流量调节器FIC 3921的输出作为回路输出;当管网压力超过某一值时,管网压力调节器PIC 1510的输出作为回路输出;当氧压机卸载时,回路输出选择一个时变函数,时变函数为50%+(t/240)×50%(其中t为时间变量),即在240s内,回路输出由50%逐渐增大到100%。当回路输出在0-50%之间时,一级回流调节阀PCV1 1510起作用,对应开度为0-100%,三级回流调节阀PCV3 1510处于全关状态;当回路输出在50%-100%之间时,三级回流调节阀PCV3 1510开始起作用,对应开度为0-100%,一级回流调节阀PCV1 1510处于全开状态。
渐变选择器能根据一定条件选择不同的输入,从一种输入切换到另一种输入的过程是按指数规律渐变的,需要经过5倍时间常数的时间,时间常数可由编程人员设定。
渐变选择器1和3的切换条件是管网压力超过某一设定值;渐变选择器2的切换条件是氧压机卸载(通过截止阀PV1536放空)。回路输出返回到渐变选择器1的目的是实现无扰动切换。
4.2 压缩机启/停联锁控制
(1) 压缩机启动
压缩机启动前,系统应具备以下条件:
① 冷却水管已打开;
② 压缩机进气管和排气管上的手动阀已打开;
③ 将排放压力调节器PIC 1510置于自动,设定点2900 kPa;
④ 将入口流量调节器FIC 3920置于自动,FIC 3921置于手动,且0%的输出信号,打开回流调节阀PCV1 1510和PCV3 1510;
⑤ 将入口压力调节器PIC 3922置于自动,设定点40 kPa,进气压力调节阀PCV 3922 打开。
当上述条件和供电等外围条件都满足时,在现场控制盘上按下用“压缩机启动”按钮启动氧压机,入口截止阀PV 1501自动打开,在主控室DCS操作画面上增加调节器FIC 3921的输出信号,从而使回流阀关闭。
如果外供用户量小于装置氧产量,机前放空阀自动保持打开。将调节器FIC 3921置于自动,设定点150-200m3/h,高于调节器FIC 3920的设定点。
(2) 压缩机停止
正常停止:
在压缩机正常运行情况下,有就地停止和远程停止两种方式。就地停止方式下,按下现场控制盘上的“压缩机停止”按钮,压缩机即停止;远程停止方式下,在主控室DCS操作画面上按下“COMPRESSER SHUT DOWN”按钮,压缩机即停止;无论采用哪种停止方式,在压缩机停止的同时,入口阀PV 1501都自动关闭。
故障停止:
当启动主电机时,如果系统在5/s内收不到“主电机运行反馈”信号,系统会自动停止压缩机的启动过程。在压缩机正常运行期间,发生电机保护开关失灵、严重喘振等故障,压缩机将自动停止运行,并且所有的系统设备将处于停止状态。
4.3 辅助设备的控制
氧压机辅助系统主要有冷却水系统和润滑油系统。冷却水系统都是手动操作;润滑油系统一般总处于自动状态,当油压低于一定压力时,辅油泵自动运行;当油压高于某一值时,则油泵自动停止。润滑油还带有加热器,当油温低于某一值时,油加热器自动投入;当油温超过某一值时,油加热器自动断开。
4.4 操作员面板的功能
操作员面板通过先进的CC-LINK现场总线与控制器相连,实时采集并显示重要的工艺参数、故障状态、报警信息,调整重要的PID参数,启/停主电机及辅助设备等,实现机组的安全可靠最优控制。
5 结束语
由于充分利用了PLC控制系统的优点,该系统对过程量的实时控制和开关量的联锁控制都有明显效果。
1引言
随着科学技术的飞速发展,成熟的计算机检测、控制、通信技术以及价格比较适中的相应产品不断涌现;使得实现空调计算机集散控制系统(DCS)不再是什么难事;作为智能建筑3A系统之一的楼宇自动化系统(BAS)对大楼的水电空调等机电设备进行集中的监控和管理已日益成为现代建筑中必不可少的配置;与旧的系统比,它不但节能,而且管理相当方便;但如何使空调系统能有效地工作,却不是件容易的事。
我国智能建筑为数不少,其中通风空调系统大都实现了计算机集散控制(DCS),体现在实现了风机、水泵、制冷设备的自动控制及建筑物内房间温湿度的自动检测和控制,真正实现优化控制和管理的系统为数甚少。可以这样说,实现通风空调系统计算机集散控制,只是建筑设备自动化的初级阶级,只有将人工智能技术和专家知识引入内部环境和设备的管理系统,使整个系统运行达到优化,这样会使建筑设备自动化达到较高的水平,并真正体现其优越性。针对广州百货大楼新翼大厦的通风空调系统,笔者在实现其智能控制和管理自动化方面进行了初步的研究,并在实际工程的运行中取得较好的使用效果。实施BAS所能带来的节能效益和管理效益是广为人知的,并且在实施中业主往往对这一统抱以很高的期望。然而,从许多已竣工的项目来看,并没有达到预期的效果,其中突出表现以下二个方面:
(1)开通率底,距业内人士的估计,不超过20%;
(2)目前已开通的BAS系统,多数只实现了建筑设备的自动启停和监测,其节能也主要表现在一些设备的定时启闭,而作为建筑耗能的重点空调系统,如何优化运行,如何根据实际系统尽可能进行节能经济运行则远未能实现。中央空调系统,管路复杂,运行工况多变,是建筑物能耗大户。为此实施BA系统一般将空调系统作为监控的重点,往往投入60%以上的监控点和超过水电监控投资总和的投入。部分中小型项目考虑到投资能力,将BA系统仅仅局限于暖通空调系统的做法也是不鲜见的。事实上,由于中央空调系统的复杂性,对空调监控系统整体功能实现的好坏已成为制约BAS成败的瓶颈因素之一。要做好BA系统,仅靠弱电工程师的力量是不够的,暖通工程师积极参与到系统方案的制订过程中是十分必要的。
2空调BAS控制方案的优化
2.1直接数字控制器(DDC)的选用、布置
主流BA系统供货商都能提供大中小不同处理能力的DDC,冷冻机房、热力站监控点是密集场合应优先采用大型控制器,以减少故障率和控制器间的通讯。这种控制器的典型特征是有强大的处理器(如:摩托罗拉的68302)和IMB的RAl4,尤其是能够和I/O扩展模块连接达到辐人输出功能的扩展,例如SIEMENSMBC可以挂接40个I/O模块,TrendIQ251控制器允许有8.16的接口扩展能力。对空气处理机、新风机、通风机一般采用中型或小型的控制器即可。近年,可编程逻辑控制器件(PLC)进步很快,其应用不再局限于工业场合,在空调通风的现场设备编制工程中不应将其排斥在外。
控制器一般应靠近受控设备,它与相应配电箱并列布置以利于布线。同一个机房内的空调通风设备可以合用一个控制器,但应考虑控制器的运算能力和控制点是否足够。有的系统集成商将不同楼层的若干个新风机合用一个控制器,这种做法虽然节约了一定的成本,但对日后的管理和调试是不利的,不值得推荐。控制器的电源宜集中供应,有条件可以从UPS总电源引出;从受控设备现场引用电源的做法不值得推荐。
2.控制网络
在满足扩展性和灵活性的前提下,控制网络的拓扑结构应尽可能简化、清晰,无论基于IS485总线或基于LonTalk总线的控制网络都是如此。分支、分级多的网络管理复杂、可靠性低。TonTalk总线在理论上可以组成任意拓扑结构的网络,这种布线设计的随意性如果运用不当,在工程实践中仍然是有技术风险的,并可能增加系统的投资。大型工程可以考虑楼层网络分级,小型工程尽可能运用基于RS485总线的控制网络,采用“手拉手”的布线方式。
2.3关于BACnet和LonWorks的支持
BACnet和LonWorks的'提出是为了在不同层面解决控制系统的互联互操作问题。LonWorks采用现场总线控制技术(FCS),突破了以往的集散型控制技术(DCS)。它的提出是BA技术的一次飞跃,是今后BAS发展的技术趋势。但目前受到各种条件限制,LonWorks技术优势还不能完全发挥出来,工程实现并不完善。若自控系统规模不是很庞大,最好不用全面采用LonWorks技术。如果仔细分析目前主流的BA产品,会发现其实它们在不同程度上部分采用或部分支持现场总线技术,这种取长补短的混合模式在当前是切合工程实际的,可以实现技术的平稳过渡。BACnet协议由美国ASHRAE制定并颁布,是现行美国国家标准及欧共体预备标准。运用BACnet协议,可以使空调冷热源主机自带的控制器直接进入BAS控制网络。但实施中应注意空调主机和BA供货商对BACnet的支持程度和技术协调,目前非标准的数据通讯格式仍大量存在于主机设备中。总之,在设计BA系统的过程中切不可一味追求技术的先进性。
2.4控制权
通常Bug是按从中央控制站集中管理的原则,有时也有其不便的一面。在某些场合(如会议室)将空调、通风系统的参数设定功能放置在现场可能更符合使用者的需要。DDC本身并不提供这样的功能,需要专门部件来实现。例如:HoneywellT7780A数字显示墙挂式Lon分站,可以完成设定房间温度,风机速度、启动/停止风机等功能,并能通过Lonwork总在液晶面板上显示房间的温度,通过4个按钮连线驱动空调箱的DDC控制器执行相应的动作。
2.5控制策略
PID控制:空气处理机的DDC通常采用PID控制,PID参数的合理选择对空调系统的稳定运行非常关键。PID系数高,空调对室内温度波动的反应特性曲线陡,达到设定温度的过度过程短;PID系数低,达到设定温度的过度过程长。但PID系数太高,易引起DDC系统失控。PID能解决大部分场合的空调控制,但对于影剧院等大热惯性空调场合,靠高的PID系数来提高空调机组对负荷变化的响应速度是不足以解决问题的,这时可以采用双级控制。即分别在主调的送风道和室内安装温度传感器,室内的温度设定由主DDC控制器完成,水阀的驱动由副DDC根据风道温度传感器和主DDC的指令完成,由于风道温度变化速度快于房间温度的变化,这一控制方式加速了系统对温度波动的响应。必须注意的是,为防止水阀被人为关死或水系统供水不足等异常情况对控制系统的影响,副加C通常只需采用比例控制算法(P),不可加入积分分量①。在实际的工程设计中并非一定需要二个完全独立的DDC来完成双级控制,如果DDC内置二个控制回路则完全可以用一个控制器胜任,例如:SIEMENSUC―2控制器。BA系统对空调的节能控制有多种手段可以采用,例如室内外烩值比较法、二氧化碳等污染物浓度检测法确定新风量,基于日程表的定时操作等等。工程设计中可以视需要灵活运用,以达到最优的效果。例如,办公、商场等场合,夏秋季在清晨时通过程序启动空气处理机(或新风机),利用室外凉爽空气对室内全面换气预冷,既节约新风能耗又提高了室内空气品质。
2.6空气品质传感器
一氧化碳和二氧化碳含量传感器,应谨慎采用。一氧化碳传感器应用于地下车库的排风系统,用于驱动通风机动作。由于一氧化碳传感器长期处于污染环境中,其敏感元件受汽车尾气的毒害,有效寿命通常2年左右。当灵敏度下降到一定程度后即不能正确指示污染物浓度,因此在停车库的通风系统中如采用一氧化碳传感器,仍需以日程表启停控制方式作为必要的补充手段,在确定BAS方案时应避免系统对这类传感器的过度依赖。
在室内采用二氧化碳传感器也有类似的问题。研究表明,随着人均占有建筑面积的增大,在类似办公室这样的场合人工合成材料正在取代二氧化碳成为首要污染物。在允许吸烟的场所,烟气应是首要污染物。除非证明采用后确能产生很好的节能效益(如人员密度波动很大的商场、展厅),一般不应大量采用二氧化碳传感器作为调节新风量的主要依据,否则在传感器性能劣化后,对空调系统的影响将是长期的,且很难发现问题症结所在。
2.7BAS监控中心
BAS监控中心负责监控整个空调、通风、动力系统,一般与消防控制、安保监控等合用一室。由于该机房通常远离冷冻机房、锅炉房,在这里远程操作这些关键设备是不合适的。推荐的做法是在冷冻机房和锅炉房现场控制室另设置一台监控分站,由该分站负责冷冻机、锅炉监控功能,并且该分站功能受权局限为冷热源设备。
3结论
本文通过对空调系统的传感器、执行器、控制器、网络等若干环节的探讨,力图使BA系统更好地服务于受控的空调系统,使二个系统在技术上紧密结合成为一个智能化的密不可分的机电系统。本文只是作者在工程实践中获得的一些浅见,总结如下:
(1)按受控设备的要求选用不同处理能力的DDC控制器;
(2)空间距离较远的设备不宜合用同一DDC控制器;
(3)LONWORKS技术具有前瞻性,应关注,但目前尚不完善,不宜刻意采用;
(4)BA系统控制器、传感器、执行器电源宜独立与受控设备集中供电。
(5)根据空调现场和灵活运用控制程序和控制策略;
(6)集散型控制技术向现场总线控制技术转型是技术趋势,集散控制仍是目前主流技术;
(7)实现BAS,应给空调通风系统的现场的用户留下必要的控制权利,不可过度集中;
(8)冷冻房和锅炉现场控制室宜另设置一台监控分站,负责冷水机组和锅炉的监控;
参考文献
[1)程大章,龙惟定.智能化大楼的建筑设备.
[2]蒋澄.常州亚细亚电子技术有限公司.楼宇自控系统设计浅析.
[3]吴建兵.上海众慧科技实业公司.楼宇自动化系统(BAS)的优化设计.