The application of EC20 to LiBr transformation of the central air-conditioning chilled water pumps

一、原系統(tǒng)分析

株洲硬質(zhì)合金廠空調(diào)系統(tǒng)共有溴化鋰機(jī)組兩臺(tái)，其中冷凍水泵2臺(tái)功率為200KW，采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)。操作工根據(jù)負(fù)荷情況開1臺(tái)或2臺(tái)。單臺(tái)水泵最大輸出流量為600m3/h，系統(tǒng)全開時(shí)為1200m3/h。現(xiàn)水泵運(yùn)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(dòng)較大的原因?yàn)椋鋬鏊昧髁坎荒芨鶕?jù)負(fù)載變化調(diào)節(jié)，一旦后級(jí)工段冷凍水量減少水泵出口壓力就會(huì)急劇上升。冷凍水在管路里快速循環(huán)未充分換熱就回水，造成回水溫度低。水泵和主機(jī)都白白消耗能量。

冷凍水管網(wǎng)圖
當(dāng)1#機(jī)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(méi)有達(dá)到最低流量值時(shí)，機(jī)組就會(huì)停機(jī)保護(hù)，值班人員必須提前打開旁通閥，使部分冷凍水在機(jī)組內(nèi)循環(huán)來(lái)保證機(jī)組內(nèi)有200 m3/h以上的流量。2#也如此。

二、改造控制要求：

分三個(gè)階段完成自動(dòng)控制，下面以1#空調(diào)機(jī)組為例詳細(xì)說(shuō)明如下：

·機(jī)組冷水出口流量不得低于200 m3/h;
·當(dāng)1臺(tái)泵輸出壓力不能滿足要求時(shí)，系統(tǒng)提示手動(dòng)開啟另一臺(tái)泵;
·選擇1#或2#泵為變頻運(yùn)行泵。
·當(dāng)需求流量為0～300 m3/h時(shí)，1#泵定頻運(yùn)行，保證300 m3/h的總流量輸出，旁通調(diào)節(jié)閥打開并做PID調(diào)節(jié)，以保證輸出用戶所需的流量;
·當(dāng)需求流量為300 m3/h～600 m3/h時(shí)，1#泵變頻運(yùn)行并做PID調(diào)節(jié)，同時(shí)旁通閥門全關(guān);
·當(dāng)需求流量為600 m3/h～900 m3/h時(shí)，1#泵定頻運(yùn)行，輸出300 m3/h 的流量;2#泵工頻運(yùn)行，輸出600 m3/h的流量;旁通調(diào)節(jié)閥打開并做PID調(diào)節(jié)，保證6kg的輸出壓力;
·當(dāng)需求流量為900 m3/h～1200 m3/h時(shí)，1#泵變頻運(yùn)行，并做PID調(diào)節(jié)，2#泵工頻運(yùn)行，旁通閥門全關(guān)。

變頻系統(tǒng)通過(guò)控制柜上選擇開關(guān)，選擇任意一臺(tái)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(jī)組作為整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)水泵，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍水流量。在自動(dòng)控制模式下，利用PLC采集總管壓力信號(hào)并根據(jù)PID運(yùn)算發(fā)出變頻器頻率給定信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)（水泵）轉(zhuǎn)速使冷凍水壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。還采集輸出流量送到PLC進(jìn)行PID計(jì)算后再輸出4～20mA的電流信號(hào)控制旁通閥，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流的效果。

同時(shí)PLC將現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，進(jìn)出口壓力值、變頻器頻率、電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速等上傳至控制室內(nèi)的人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)顯示。在控制室可通過(guò)人機(jī)界面對(duì)給定壓力值、下限流量值、PID參數(shù)、變頻泵選擇和啟動(dòng)遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)各種操作，極大的方便了系統(tǒng)控制。控制方式本方案在保留原工頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上與原工頻系統(tǒng)之間設(shè)置連鎖以確保系統(tǒng)工作安全。

三、設(shè)備的配置

（1）友好的人機(jī)界面：由于系統(tǒng)需對(duì)每臺(tái)機(jī)組的進(jìn)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(shù)進(jìn)行設(shè)置，還要對(duì)所有的壓力、流量值進(jìn)行顯示，還有報(bào)警信息進(jìn)行記錄。采用Eview的MT506LV人機(jī)界面。界面編輯了“主畫面”、“控制畫面”、“參數(shù)設(shè)置”、“故障記錄”、“壓力曲線”、“幫助”六個(gè)基本畫面。主畫面上對(duì)采集的壓力、流量值、變頻器的運(yùn)行頻率、電流進(jìn)行顯示，還顯示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和故障顯示，讓用戶一目了然。

（2）PLC：

PLC是設(shè)備的大腦，選用的是艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司的新產(chǎn)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(nèi)存指令容量達(dá)到8k；典型基本指令執(zhí)行速度0.09 ~0.42μS典型應(yīng)用指令則為5~280μS支持高達(dá)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(gè)定時(shí)，6路高速計(jì)數(shù)，支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus 通訊網(wǎng)絡(luò)；指令有浮點(diǎn)運(yùn)算、PID、高速I/O、通訊等20類共243條，具有掉電檢測(cè)和后備電池保持，可擴(kuò)展多個(gè)模塊，擴(kuò)展模塊有數(shù)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(jiān)控和調(diào)試，可在線修改程序。

（3）PLC的配置

主模塊選用EC20-2012BRA，20點(diǎn)輸入12點(diǎn)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(shè)備配置

輸入設(shè)備有“手動(dòng)/自動(dòng)”選擇開關(guān)，選擇變頻泵“1#/2#”、系統(tǒng)“啟動(dòng)”“停止”，還采集了工頻、變頻接觸器信號(hào)進(jìn)行互鎖和狀態(tài)顯示。

輸出設(shè)備有1#泵變頻運(yùn)行、2#泵變頻運(yùn)行、故障和復(fù)位繼電器。

（5）模擬輸入輸出設(shè)備配置

利用EC20-8AD采集了總管壓力、旁通閥位置反饋、1#機(jī)組出口壓力、2#機(jī)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(hào)給定EV2000-4T2000P頻率，另一路輸出4~20mA的電流信號(hào)到旁通閥。

四．工作原理

主電路圖如下：

系統(tǒng)采用工變頻互備，另外可以靈活的選擇需變頻的電機(jī)是1#還是2#由KM3、KM4來(lái)完成。

PLC的I/O接線圖如下：

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五．程序要點(diǎn)

EC20的COM0與EVIEW人機(jī)界面通過(guò)MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊，COM1通訊口與艾默生的EV2000變頻器進(jìn)行自由協(xié)議通訊，PLC軟件設(shè)置：

COM1的自由口協(xié)議中的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、效驗(yàn)位必須與變頻器中設(shè)置一樣才能通訊上。EC20時(shí)刻檢測(cè)著變頻器的頻率、電流、故障再反映到人機(jī)界面上。

系統(tǒng)需恒壓、恒流，所以做成雙PID對(duì)變頻器和旁通閥進(jìn)行控制，控制的壓力和流量在EVIEW人機(jī)界面上進(jìn)行設(shè)置

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載在每天下午五點(diǎn)下班時(shí)會(huì)突變，由于負(fù)載500m3/h的流量突變成幾十的流量，這個(gè)突變的時(shí)間只有兩三秒的時(shí)間，而旁通閥動(dòng)作的速度很慢，一個(gè)行程38mm需2分鐘的時(shí)間，這樣會(huì)造成空調(diào)機(jī)組保護(hù)停機(jī)，為了解決這一問(wèn)題，采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)開度旁通閥，也就是每天在五點(diǎn)之前就給旁通閥一個(gè)開度，當(dāng)設(shè)定的時(shí)間到達(dá)后，系統(tǒng)又恢復(fù)PID調(diào)節(jié)。負(fù)載突變的時(shí)段設(shè)置和旁通閥的開度設(shè)置畫面如下：