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傳感器

艾默生變頻器及PLC在恒液位控制中的應(yīng)用

ainet.cn   2008年06月18日

摘要:文章介紹了艾默生公司變頻器EV2000系列在鋼廠璇流井恒液位變頻節(jié)能控制中的應(yīng)用。

Abstract: Adoption of EV2000 inverter of Emerson in liquid level control

關(guān)鍵詞:變頻器  超聲波液位儀  PID恒液位控制 數(shù)傳電臺(tái)

 

前言:包鋼帶鋼廠璇流井水系統(tǒng)是為軋線供生產(chǎn)用水,整個(gè)水系統(tǒng)是循環(huán)運(yùn)行的。為保證璇流井內(nèi)水位保證基本平衡,通過5#泵(110KW)將 水池內(nèi)循環(huán)水再抽到外面,防止水溢出。由于原有系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)啟動(dòng),不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,水位的控制依靠人為值守,來(lái)通過開閥和關(guān)閥來(lái)控制。否則在低液位會(huì)造成水泵抽真空而損傷泵體(氣蝕);高液位則會(huì)淹沒水泵房造成停電事故。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)變頻恒液位控制系統(tǒng),液位檢測(cè)采用超聲波液位器(百特公司),通過變頻器內(nèi)部PID構(gòu)成液位閉環(huán),實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)恒定控制。

1、變頻恒液位控制系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)水泵電機(jī)為110KW,四級(jí),轉(zhuǎn)速1480r/min。設(shè)計(jì)采用EV2000-4T1100P系列通用變頻器作為水泵電機(jī)控制核心。液位檢測(cè)采用百特工控公司生產(chǎn)FBSON-Y-05-N系列超聲波物位檢測(cè)儀,供電電源為AC220V,一體式安裝。量程最大可達(dá)到5米,實(shí)際檢測(cè)水位最高1.85米。系統(tǒng)原理圖附圖一至三。

采用一臺(tái)EC20-1006BRA作簡(jiǎn)單的繼電連鎖,除了和舊系統(tǒng)進(jìn)行連鎖(互鎖),還有變頻器的簡(jiǎn)單啟動(dòng)和停止及報(bào)警。本系統(tǒng)還另外裝有一臺(tái)EC20-1006BRA,通過串口與一臺(tái)數(shù)傳電臺(tái)相通訊(MODBUS,來(lái)實(shí)現(xiàn)和另外一個(gè)水泵房(凈環(huán)泵房)實(shí)現(xiàn)連鎖。當(dāng)璇流井有高液位報(bào)警時(shí),通過PLC及數(shù)傳電臺(tái)傳送到凈環(huán)泵房,由操作人員確定水泵的啟動(dòng)和停止(由于二者距離太遠(yuǎn),且不適合電纜敷設(shè),所以采用無(wú)線數(shù)傳的方式)。 其中璇流井內(nèi)PLC設(shè)置為主站,凈環(huán)內(nèi)PLC為從站。數(shù)傳電臺(tái)采用深圳科立訊生產(chǎn)的PT6080無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)是利用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù),無(wú)線射頻技術(shù),數(shù)字處理技術(shù)設(shè)計(jì)的功率較大,體積較小的模塊式半雙工數(shù)傳電臺(tái),采用SMT新工藝,選用高質(zhì)量的元器件。抗干擾能力強(qiáng),精致堅(jiān)固,結(jié)構(gòu)緊湊,安裝方便。數(shù)話兼容,數(shù)傳可優(yōu)先。RS232、RS485TTL多種接口可供選擇,適應(yīng)面寬。參見下面原理圖:

 

 

 

2、變頻恒液位控制參數(shù)及工作原理:

  2.1 EV2000 通用技術(shù)規(guī)格:

 

輸入

額定電壓;頻率

三相,380V440V;50Hz/60Hz

允許電壓工作范圍

電壓:320V460V;電壓失衡率:<3%;頻率:±5

輸出

額定電壓

380V

頻率

0Hz650Hz

過載能力

G型:150%額定電流1分鐘,200%額定電流0.5秒;

P型:110%額定電流1分鐘;150%額定電流1

主要控制性能

調(diào)制方式

磁通矢量PWM調(diào)制

調(diào)速范圍

1100

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

0.50Hz時(shí)180%額定轉(zhuǎn)矩

運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度

±0.5%額定同步轉(zhuǎn)速

頻率精度

數(shù)字設(shè)定:最高頻率×±0.01%;模擬設(shè)定:最高頻率×±0.2

頻率分辨率

數(shù)字設(shè)定:0.01Hz;模擬設(shè)定:最高頻率×0.1

轉(zhuǎn)矩提升

自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升,手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升0.1%~30.0

V/F曲線

四種方式:1種用戶設(shè)定V/F曲線方式和3種降轉(zhuǎn)矩特性曲線方式(2.0次冪、1.7次冪、1.2次冪)

加減速曲線

三種方式:直線加減速、S曲線加減速及自動(dòng)加減速方式;四種加減速時(shí)間,時(shí)間單位(分/秒)可選,最長(zhǎng)60小時(shí)

直流制動(dòng)

直流制動(dòng)開始頻率:0.2060.00Hz;

制動(dòng)時(shí)間:0.030.0秒;

制動(dòng)電流:G型:0.0100.0

P0.080.0

點(diǎn)動(dòng)

點(diǎn)動(dòng)頻率范圍:0.20Hz50.00Hz;點(diǎn)動(dòng)加減速時(shí)間0.160.0秒可設(shè),點(diǎn)動(dòng)間隔時(shí)間可設(shè)

多段速運(yùn)行

通過內(nèi)置PLC或控制端子實(shí)現(xiàn)多段速運(yùn)行

內(nèi)置PI

可方便地構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)

自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行

根據(jù)負(fù)載情況,自動(dòng)優(yōu)化V/F曲線,實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行

自動(dòng)電壓調(diào)整(AVR

當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí),能自動(dòng)保持輸出電壓恒定

自動(dòng)限流

對(duì)運(yùn)行期間電流自動(dòng)限制,防止頻繁過流故障跳閘

自動(dòng)載波調(diào)整

根據(jù)負(fù)載特性,自動(dòng)調(diào)整載波頻率;可選

客戶化功能

紡織擺頻

紡織擺頻控制,可實(shí)現(xiàn)中心頻率可調(diào)的擺頻功能

定長(zhǎng)控制

到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度后變頻器停機(jī)

下垂控制

適用于多臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載的場(chǎng)合

音調(diào)調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的音調(diào)

瞬停不停機(jī)控制

瞬時(shí)掉電時(shí),通過母線電壓控制,實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行

捆綁功能

運(yùn)行命令通道與頻率給定通道可以任意捆綁,同步切換

運(yùn)行功能

運(yùn)行命令通道

操作面板給定、控制端子給定、串行口給定,可通過多種方式切換

頻率給定通道

數(shù)字給定、模擬電壓給定、模擬電流給定、脈沖給定、串行口給定,可通過多種方式隨時(shí)切換

輔助頻率給定

實(shí)現(xiàn)靈活的輔助頻率微調(diào)、頻率合成

脈沖輸出端子

050kHz的脈沖方波信號(hào)輸出,可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出

模擬輸出端子

2路模擬信號(hào)輸出,分別可選0/420mA0/210V,可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出

 

 

  2.2為實(shí)現(xiàn)璇流井內(nèi)恒液位控制,我們采用給定電位計(jì)作為液位給定,反饋采用超聲波液位儀(變送輸出4-20MA)。通過變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器做壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)。變頻器參數(shù)設(shè)置如下:

FP.01=0      參數(shù)寫保護(hù)選擇,全部參數(shù)允許改寫

F0.00=3      給定為VCI模擬給定

F0.03=1      端子運(yùn)行

F0.04=0      轉(zhuǎn)向?yàn)檎?SPAN lang=EN-US>

F0.08=1      負(fù)載為風(fēng)機(jī)類

F0.10=15     加速時(shí)間

F0.11=15     減速時(shí)間

F0.14=1      V/F曲線設(shè)定(2次冪,泵類負(fù)載特性)

F5.00=1      閉環(huán)運(yùn)行有效

F5.01=1      給定為VCI

F5.02=1      反饋為CCI(注意要做調(diào)線改動(dòng)),超聲波輸出

F5.09=20     最小給定量對(duì)應(yīng)反饋(4mA ,相對(duì)于20mA20%

F5.12=0.10   比例增益

F5.13=0.05   積分時(shí)間

FH.00=4      四極電機(jī)

FH.01=110    功率110KW

變頻器內(nèi)部PID控制框圖:

 

  2.3超聲波參數(shù)設(shè)置

  a測(cè)量模式選擇:距離測(cè)量

 

 

  b測(cè)量范圍:0-185cm

  c響應(yīng)速度選擇:慢速

  d、安全物位:保持

超聲波工作電壓220VAC,輸出信號(hào)為4-20MA

為可靠檢測(cè)液位,使用超聲波變送器必須使其響應(yīng)速度較慢。這是因?yàn)檫^快的響應(yīng)速度,會(huì)造成外界干擾信號(hào)的擾動(dòng),使液位信號(hào)變化太快,影響了正常的設(shè)備運(yùn)行。降低速度,可以使信號(hào)綜合平均后輸出實(shí)際穩(wěn)定電流信號(hào)。

3、實(shí)際運(yùn)行效果

  經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)一段時(shí)間的運(yùn)行,變頻恒液位運(yùn)行效果非常好。當(dāng)用電位計(jì)設(shè)定一個(gè)液位高度后,變頻器以恒液位控制方式運(yùn)行。當(dāng)液位設(shè)定為70cm,實(shí)際檢測(cè)璇流井內(nèi)的液位基本在60-80cm之間恒定。當(dāng)液位低于70cm,變頻器頻率降低,直到最后停止在最低運(yùn)行頻率(20HZ)。這是因?yàn)槿绻冾l器運(yùn)行頻率過低,水泵的揚(yáng)程不夠,電機(jī)功率白白損耗掉,不利于節(jié)能運(yùn)行。設(shè)置最低運(yùn)行頻率,能夠使水泵揚(yáng)程達(dá)到要求(璇流井內(nèi)循環(huán)水不會(huì)造成在最低的運(yùn)行功率下導(dǎo)致液位過低而水泵抽真空)。變頻器的頻率一般在生產(chǎn)的時(shí)候達(dá)到35-45HZ左右,這樣的節(jié)能率是非常高的(40%左右),而且恒液位控制大大的降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)由于某種原因造成液位過高時(shí),通過EC20 PLC和數(shù)傳電臺(tái)還可以為上級(jí)泵站提供信號(hào),實(shí)現(xiàn)泵站水系統(tǒng)的連鎖控制,保證了正常的生產(chǎn)供水要求,同時(shí)也大大地節(jié)約了電能(35%以上),為包鋼節(jié)能降耗工程作了一個(gè)典范工程。

 

附原理圖如下:

 

 

 

 

參考文獻(xiàn)

①EV2000系列通用變頻器             艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

新型PID控制及其應(yīng)用              機(jī)械工業(yè)出版社    陶永華

EC20使用手冊(cè)                     艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

通用變頻器及其應(yīng)用                機(jī)械工業(yè)出版社    韓安榮

百特工控現(xiàn)場(chǎng)儀表選型手冊(cè)         福州福光百特自動(dòng)化設(shè)備有限公司

 

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