EC20在溴化鋰中央空調冷凍水泵改造的應用

一、原系統分析

株洲硬質合金廠空調系統共有溴化鋰機組兩臺，其中冷凍水泵2臺功率為200KW，采用自耦降壓啟動。操作工根據負荷情況開1臺或2臺。單臺水泵最大輸出流量為600m3/h，系統全開時為1200m3/h。現水泵運行出口壓力為4.5-9kg，最小流量需求為200m3/h，最大流量需求為950m3/h。壓力波動較大的原因為，冷凍水泵流量不能根據負載變化調節，一旦后級工段冷凍水量減少水泵出口壓力就會急劇上升。冷凍水在管路里快速循環未充分換熱就回水，造成回水溫度低。水泵和主機都白白消耗能量。

冷凍水管網圖

當1#機組開起后，1#流量必須滿足最低流量值200 m3/h，如果用戶流量沒有達到最低流量值時，機組就會停機保護，值班人員必須提前打開旁通閥，使部分冷凍水在機組內循環來保證機組內有200 m3/h以上的流量。2#也如此。

二、改造控制要求：

分三個階段完成自動控制，下面以1#空調機組為例詳細說明如下：

·機組冷水出口流量不得低于200 m3/h;
·當1臺泵輸出壓力不能滿足要求時，系統提示手動開啟另一臺泵;
·選擇1#或2#泵為變頻運行泵。
·當需求流量為0～300 m3/h時，1#泵定頻運行，保證300 m3/h的總流量輸出，旁通調節閥打開并做PID調節，以保證輸出用戶所需的流量;
·當需求流量為300 m3/h～600 m3/h時，1#泵變頻運行并做PID調節，同時旁通閥門全關;
·當需求流量為600 m3/h～900 m3/h時，1#泵定頻運行，輸出300 m3/h 的流量;2#泵工頻運行，輸出600 m3/h的流量;旁通調節閥打開并做PID調節，保證6kg的輸出壓力;
·當需求流量為900 m3/h～1200 m3/h時，1#泵變頻運行，并做PID調節，2#泵工頻運行，旁通閥門全關。

變頻系統通過控制柜上選擇開關，選擇任意一臺水泵采用變頻控制方式，其他水泵還采用原控制模式。被選擇作為變頻水泵的機組作為整個系統的調節水泵，來自動調節冷凍水流量。在自動控制模式下，利用PLC采集總管壓力信號并根據PID運算發出變頻器頻率給定信號，自動調節電機（水泵）轉速使冷凍水壓力變化來實現自動控制。還采集輸出流量送到PLC進行PID計算后再輸出4～20mA的電流信號控制旁通閥，來實現恒流的效果。

同時PLC將現場參數，進出口壓力值、變頻器頻率、電流、電機轉速等上傳至控制室內的人機界面進行參數顯示。在控制室可通過人機界面對給定壓力值、下限流量值、PID參數、變頻泵選擇和啟動遠程控制。遠程實現各種操作，極大的方便了系統控制。控制方式本方案在保留原工頻系統的基礎上與原工頻系統之間設置連鎖以確保系統工作安全。

三、設備的配置

（1）友好的人機界面：由于系統需對每臺機組的進口壓力、出口壓力、出口流量、總壓力的上限值和下限值，PID參數進行設置，還要對所有的壓力、流量值進行顯示，還有報警信息進行記錄。采用Eview的MT506LV人機界面。界面編輯了“主畫面”、“控制畫面”、“參數設置”、“故障記錄”、“壓力曲線”、“幫助”六個基本畫面。主畫面上對采集的壓力、流量值、變頻器的運行頻率、電流進行顯示，還顯示系統當前狀態和故障顯示，讓用戶一目了然。

（2）PLC：

PLC是設備的大腦，選用的是艾默生網絡能源有限公司的新產品EC20系列的PLC及模擬輸入模塊和模擬輸出模塊，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，內存指令容量達到8k；典型基本指令執行速度0.09 ~0.42μS典型應用指令則為5~280μS支持高達50kHz的高速輸入和80kHz 的高速輸出；具有豐富的中斷功能，有8路輸入中斷，3個定時，6路高速計數，支持工業標準的Modbus 通訊網絡；指令有浮點運算、PID、高速I/O、通訊等20類共243條，具有掉電檢測和后備電池保持，可擴展多個模塊，擴展模塊有數字型、模擬型、溫度型的模塊。EC20 的編程采用界面友好的窗口軟件，支持多種編程方式：梯形圖、指令列表、順序功能圖，方便地監控和調試，可在線修改程序。

（3）PLC的配置

主模塊選用EC20-2012BRA，20點輸入12點繼電器類型輸出。模擬輸入模塊采用8通道的EC20-8AD，模擬輸出采用4通道的EC20-4DA。

（4）輸入輸出設備配置

輸入設備有“手動/自動”選擇開關，選擇變頻泵“1#/2#”、系統“啟動”“停止”，還采集了工頻、變頻接觸器信號進行互鎖和狀態顯示。

輸出設備有1#泵變頻運行、2#泵變頻運行、故障和復位繼電器。

（5）模擬輸入輸出設備配置

利用EC20-8AD采集了總管壓力、旁通閥位置反饋、1#機組出口壓力、2#機組出口壓力、1#泵出口流量、2#泵出口流量；用EC20-4DA輸出電流信號給定EV2000-4T2000P頻率，另一路輸出4~20mA的電流信號到旁通閥。

四．工作原理

主電路圖如下：

系統采用工變頻互備，另外可以靈活的選擇需變頻的電機是1#還是2#由KM3、KM4來完成。

PLC的I/O接線圖如下：

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五．程序要點

EC20的COM0與EVIEW人機界面通過MODBUS協議進行通訊，COM1通訊口與艾默生的EV2000變頻器進行自由協議通訊，PLC軟件設置：

COM1的自由口協議中的波特率、數據位、停止位、效驗位必須與變頻器中設置一樣才能通訊上。EC20時刻檢測著變頻器的頻率、電流、故障再反映到人機界面上。

系統需恒壓、恒流，所以做成雙PID對變頻器和旁通閥進行控制，控制的壓力和流量在EVIEW人機界面上進行設置

在現場調試過程中，發現現場的負載在每天下午五點下班時會突變，由于負載500m3/h的流量突變成幾十的流量，這個突變的時間只有兩三秒的時間，而旁通閥動作的速度很慢，一個行程38mm需2分鐘的時間，這樣會造成空調機組保護停機，為了解決這一問題，采用實時時鐘定時開度旁通閥，也就是每天在五點之前就給旁通閥一個開度，當設定的時間到達后，系統又恢復PID調節。負載突變的時段設置和旁通閥的開度設置畫面如下：

五．結束語

本系統已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC進行控制，性能穩定，運行可靠，系統結構緊湊，節省能耗，便于維護。變頻器的頻率在40HZ左右穩定壓力，節能率達到48%。因此不但大大的提高了產品的技術含量和自動化水平，而且還極大地提高了企業的經濟效率，非常具有推廣價值