工廠節(jié)能中西門子S7-300PLC的運(yùn)用分析,電氣工程論文

工廠節(jié)能中西門子S7-300PLC的運(yùn)用分析,電氣工程論文一般在普通工廠中存在大量的用電設(shè)備，華而不實(shí)普通機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)力源-三相溝通異步電動(dòng)機(jī)成工段集中分布；各種風(fēng)機(jī)和氣泵一般也由三相溝通異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，它們數(shù)量少且不集中分布，用于氣動(dòng)卡具的氣泵屬于間歇工作方式；如今水泵集中由水泵房的恒壓供水變頻控制設(shè)備供電運(yùn)轉(zhuǎn)，基本上處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)；再就是功率相對(duì)較小的照明設(shè)備。三相溝通異步電動(dòng)機(jī)在社會(huì)生產(chǎn)生活中所占負(fù)荷比例到達(dá)60%,其輕載或空載時(shí)功率因數(shù)在0.5下面，而供電部門要求的用電用戶功率因數(shù)不能低于0.9.當(dāng)前提高功率因數(shù)的方式方法主要有下面幾類：〔1〕從所采用的控制器角度：a.只用PLC的PID控制功能適時(shí)驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)通角來改變電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，構(gòu)成閉環(huán)功率因數(shù)控制系統(tǒng)。功率因數(shù)角采用電壓信號(hào)和電流信號(hào)的過零檢測(cè)得到，這種方式對(duì)所用PLC的掃描頻率有一定要求，且這與用變頻器實(shí)現(xiàn)節(jié)能類似。不如直接采用變頻節(jié)能。b.用單片機(jī)做控制器的功率因數(shù)控制裝置。工廠的惡劣環(huán)境將制約其推廣使用。c.無功補(bǔ)償控制器直接控制電容器組的投切。其性能單一，性價(jià)比和擴(kuò)展性不及PLC.〔2〕從補(bǔ)償范圍和補(bǔ)償器件角度。有集中補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償，集中補(bǔ)償要么在變壓器母線上補(bǔ)償，要么在車間配電盤母線上采用移相電容器進(jìn)行補(bǔ)償。個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償范圍最大，補(bǔ)償效果最好，但補(bǔ)償設(shè)備一次性投資大，個(gè)別補(bǔ)償合適容量小但數(shù)量多且是長期穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備；或負(fù)荷平穩(wěn)，經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)的大容量電動(dòng)機(jī)?！?〕從補(bǔ)償元件角度。主要采用并聯(lián)電容進(jìn)行補(bǔ)償，它可與電感產(chǎn)生的無功功率相抵消，假如采用并聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償固然能提高功率因數(shù)但電阻上會(huì)消耗有功功率。不管采取哪種補(bǔ)償方式進(jìn)行無功補(bǔ)償都要使用控制器，控制器完成無功功率檢測(cè)并進(jìn)行投切電容器組的選擇與切換控制。隨著時(shí)代的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制的普及和完善，選擇的控制器既要能知足集中分布負(fù)載的無功補(bǔ)償，又要對(duì)相對(duì)分散的氣泵設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，還要能根據(jù)上下班時(shí)間進(jìn)行照明設(shè)備的節(jié)能管理。并且通過網(wǎng)絡(luò)與車間或工廠的監(jiān)控管理層相連，為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控提供方便。因而選擇S7-300PLC作為主控制器。S7-300PLC〔下面簡寫為S7-300〕是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，使用戶能夠根據(jù)實(shí)際選擇其系列中適宜的模塊。其I/O點(diǎn)數(shù)多余S7-200PLC,因而對(duì)于一般車間的節(jié)能管理使用一臺(tái)S7-300就可完成控制要求。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。S7-300適用于通用領(lǐng)域，具有高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。人機(jī)界面軟件WINCC安裝在主控室的PC機(jī)上，它從S7-300中獲得數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，監(jiān)控和報(bào)警等功能。利用其高速處理速度和良好的可擴(kuò)展性同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償和工廠的節(jié)能管理，如利用其模擬量輸入和通訊接口實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，利用其數(shù)字量輸入端配合其內(nèi)部定時(shí)器或計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)和泵類的高效管理，當(dāng)然可以用數(shù)字量輸入端和外加無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償，而利用其模擬量輸入和通訊接口實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)和泵類的高效管理。對(duì)于無功功率的控制還要進(jìn)行功率因數(shù)的檢測(cè)，能夠采取分別測(cè)有功和無功來計(jì)算功率因數(shù)，或者直接測(cè)量功率因數(shù)等方式方法，為提高補(bǔ)償效果最好對(duì)三相電路中的每一相都進(jìn)行檢測(cè)并補(bǔ)償。為減少接線和方便使用選用PMAC600B-Z-AC型三相智能綜合儀表。三相智能綜合儀表有多種型號(hào)選擇，選擇華而不實(shí)PMAC600B-Z-AC儀表，主要由于它是全參數(shù)測(cè)量儀表，它有兩路4-20mA模擬量輸出和一路采用Modbus-RTU協(xié)議通訊的RS485接口。利用其通訊方式進(jìn)行功率因數(shù)的采集控制為此必須選取能和PMAC600B-Z-AC儀表采用一樣通訊協(xié)議和接口類型的PLC型號(hào)。假如手頭沒有合適與此儀表通訊的PLC可用，可以利用儀表的模擬信號(hào)輸出端采集相角、功率因數(shù)或有功與無功的值作為判別功率因數(shù)的根據(jù)，這時(shí)的PLC選擇就很容易。通過閱讀PMAC600B-Z-AC智能儀表的使用講明書，為正確建立PLC和智能儀表間的通訊使用PMAC600B-Z-AC智能儀表時(shí)應(yīng)注意：根據(jù)負(fù)荷最大值選擇CT變比，PT=1;輸入密碼正確才能進(jìn)行編程。用通訊方式讀取和寫入智能儀表的一次請(qǐng)求托存器數(shù)目不能超過40個(gè)；這里要在相應(yīng)托存器〔40201-40207〕中寫入通訊地址、波特率、PT和CT變比，接線方式和模擬量通道輸出參數(shù)代碼等。同樣對(duì)西門子S7-300以通訊方式工作時(shí)應(yīng)首先解決通訊協(xié)議問題，S7-300有多種通訊處理器用來連接現(xiàn)場不同執(zhí)行器和傳感器的AS-i接口、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線?？梢娨許7-300為控制器對(duì)從低層網(wǎng)絡(luò)到頂層網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)是必不可少的，而市面上的無功補(bǔ)償控制器或智能儀表固然物理接口是RS485,但協(xié)議卻與S7-300系列不同，假如要和智能儀表通訊必須使用MODBUSRTU協(xié)議，可購買CP341通信處理器與modbus主站驅(qū)動(dòng)軟件〔硬狗〕來實(shí)現(xiàn)。在建立好物理連接后，下面就能夠S7-300為主控制器對(duì)PMAC600B-Z-AC智能儀表進(jìn)行通訊設(shè)置。即分別設(shè)置網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、選擇通訊速率，為設(shè)備分配地址，關(guān)鍵要分配好設(shè)備間數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送區(qū)。如在PLC的M區(qū)中通過穿插參考表分配出實(shí)數(shù)型地址空間，分別存儲(chǔ)智能儀表在相應(yīng)托存器〔40012-40017〕中讀出各相的有功和無功功率值，這種方式合適有單相負(fù)載的場合，對(duì)于三相溝通異步電動(dòng)機(jī)這種對(duì)稱三相負(fù)載還能夠只讀出〔40007-40010〕中的總有功功率和總無功功率之和。顯然這樣取數(shù)可節(jié)省S7-300的內(nèi)部資源。通過以上經(jīng)過只是完成了通訊方面的相關(guān)設(shè)定，下面要進(jìn)行編程以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算判定，由于采用的是電容器組進(jìn)行有極補(bǔ)償，所以對(duì)得到的功率因數(shù)只進(jìn)行區(qū)間判定，當(dāng)在某個(gè)區(qū)間且保持一段時(shí)間時(shí)可投入相應(yīng)組的電容器，可見這里要用到通訊指令、運(yùn)算指令、比擬指令、定時(shí)指令、位邏輯輸出指令。上面完成了對(duì)集中分布的三相溝通異步電動(dòng)機(jī)的功率補(bǔ)償，氣泵一般滿負(fù)荷工作，能夠用氣罐壓力傳感器進(jìn)行啟停工作，S7-300能夠接進(jìn)一個(gè)輸入點(diǎn)位信號(hào)來檢測(cè)其運(yùn)行時(shí)間或啟動(dòng)頻率來判定其工作狀況。如不正?？赏ㄟ^組態(tài)監(jiān)控來報(bào)警，或者利用一個(gè)輸出點(diǎn)位停止該氣泵運(yùn)行。一般風(fēng)扇用單相電且長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，只要選擇適宜容量就能到達(dá)節(jié)能效果，假如需要按需變速運(yùn)行，可用S7-300的一個(gè)點(diǎn)位輸出的時(shí)間或S7-300PLC的模擬量輸出功能來切換相應(yīng)的風(fēng)扇控制器的輸出，以改變風(fēng)扇電機(jī)的輸入電壓來調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度。這里要進(jìn)行S7-300的簡單編程以便按需要給出變速信號(hào)。對(duì)于照明設(shè)備的管理只需要利用S7-300的輸出點(diǎn)來控制就行，能夠由車間監(jiān)控層發(fā)信給S7-300,PLC對(duì)照明控制柜中事先做好的照明組別進(jìn)行控制，可以由S7-300按上下班時(shí)間等進(jìn)行定時(shí)切換。上面僅僅是利用S7-300進(jìn)行無功補(bǔ)償和節(jié)能成效管理的一些應(yīng)用，對(duì)詳細(xì)訂貨號(hào)的PLC和詳細(xì)型號(hào)的儀表與設(shè)計(jì)制作的控制器要根據(jù)實(shí)際情況來合理選擇相關(guān)參數(shù)以到達(dá)高效利用之目的。以下為參考文獻(xiàn)[1]廖常初。S7-300/400PLC應(yīng)用教程[M].1版。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018.[2]梁巖。S7-300/400PLC實(shí)踐教程[M].