變頻器的恒液位控制

1、艾默生變頻器及PLC在恒液位控制中的應(yīng)用發(fā)布時(shí)間：2008-10-20來(lái)源：中國(guó)測(cè)控網(wǎng)瀏覽次數(shù)：178 |我要說(shuō)幾句（0） | 5 NI CompactRIO技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明 NI CompactRIO 產(chǎn)品手冊(cè) LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)視頻配套講義最新PXI技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用摘要：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)

2、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(guò)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(guò)開(kāi)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(méi)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(guò)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)

3、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(guò)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(guò)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)

4、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?？垢蓴_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、RS485及TTL多種接口可供選擇，適應(yīng)面寬。 參見(jiàn)下面原理圖：LNnoHl CDNOUS抑3L-QMIEMERSON E 散V。Vvs | -V3：L3V45LP:o痛#她 3Ifi井恤LX魅s-Ll T JI | II I JiXVF1 HIAKMik*i-n -a1617!jNXI

5、cmci)i2i1Vj |也，mLl*sAtYDJMFfcY1甫弗*也VSMJT度摩KY4酣虹4 MEF-;H mn I H ?,1擊：E卜1 扣AKM 密5洲5A1內(nèi) *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:輸額定電壓；頻率三相，380V440V； 50Hz/60Hz入允許電壓工作范圍電壓：320V460V；電壓失衡率：3% ；頻率：5%輸額定電壓380V出頻率0Hz650HzG型：150%額定電流1分鐘，200%額定電流0.5秒；過(guò)載能力P型：110%額定電流1分鐘；150%額定電流1秒主調(diào)制方式磁通矢量PWM調(diào)制要調(diào)速范圍1： 100控起動(dòng)轉(zhuǎn)矩0.50Hz時(shí)

6、180%額定轉(zhuǎn)矩制運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度0.5%額定同步轉(zhuǎn)速性頻率精度數(shù)字設(shè)定：最高頻率X0.01% ；模擬設(shè)定：最高頻率X0.2%能頻率分辨率數(shù)字設(shè)定：0.01Hz ；模擬設(shè)定：最高頻率X0.1%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%四種方式：1種用戶(hù)設(shè)定V/F曲線方式和3種降轉(zhuǎn)矩特性曲線方式（2.0次幕、1.7V/F曲線次幕、1.2次幕）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(kāi)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%P 型：0.080.

7、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(guò)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(guò)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(hù)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(guò)母線電

8、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(guò)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(guò)多種方功能式隨時(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0/420mA或0/210V，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(guò)變

9、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(xiě)保護(hù)選擇，全部參數(shù)允許改寫(xiě)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騀0.08=1負(fù)載為風(fēng)機(jī)類(lèi)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次幕，泵類(lèi)負(fù)載特性）F5.00= 1閉環(huán)運(yùn)行有效F5.01=1 給定為 VCIF5.02=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20mA為20%）F5.12=0.10比例增益F5.13=0.05積分時(shí)間聞.厄聞節(jié)幃枝 F5.16)倉(cāng)位 量程FH.

10、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1煩b、測(cè)量范圍：0-185cmc、響應(yīng)速度選擇：慢速d、安全物位：保持以I L 陽(yáng)4niA.皓定星圜雷(F5.0S F5.I0)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^(guò)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(guò)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

11、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(guò)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(guò)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(guò)高時(shí)，通過(guò)EC20 PLC和數(shù)傳電臺(tái)還可以為上 級(jí)泵

12、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)EU5*.水凡唾M(fèi)l3同0W匚12WT呼 iKVWttUtHrcwI ，n*w蛆 h -|口 MurxflHtEEBMI MBB-4TKB峙財(cái)EL d Fl X+wntitt 3KWM1UHfcttt3BCTBJMHWM 目 日HairEV2000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

13、百特自動(dòng)化設(shè)備有限公司變頻器在恒壓供水中的應(yīng)用隨著人們生活質(zhì)量的提高，在生活用水方面的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。同時(shí)， 由于工廠工藝的要求，對(duì)供水質(zhì)量也得出了更高的要求。變頻恒壓供水以其環(huán)保、 節(jié)能和供水質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)在供水行業(yè)中越來(lái)越得到認(rèn)同。在城市小區(qū)化的發(fā)展中， 采用以小區(qū)或社區(qū)為統(tǒng)一整體的供水方案，會(huì)使設(shè)備的利用率及節(jié)能比例大大提 高，并減少初始投資和占地面積。一、變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)變頻恒壓供水能自動(dòng)24小時(shí)維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵， 無(wú)級(jí)調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好，與傳統(tǒng)供水比較，不會(huì)造成管網(wǎng)破裂及開(kāi)水籠頭時(shí) 的共振現(xiàn)象。避免了泵的頻繁啟動(dòng)及停止，而且啟動(dòng)平滑，減

14、少了電機(jī)水泵的啟動(dòng)沖擊， 增加了電機(jī)水泵的使用壽命，也避免了傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象傳統(tǒng)供水中設(shè)計(jì)有水箱，不但浪費(fèi)了資金，占用了較大的空間，而且水壓不 穩(wěn)定，水質(zhì)有污染，不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而采用變頻恒壓供水，此類(lèi)問(wèn)題也就迎刃 而解了。采用變頻恒壓供水，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)實(shí)際用量，自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，控制馬達(dá) 轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能效果。避免了水塔供水無(wú)人值班時(shí)，總要開(kāi)啟一個(gè)泵運(yùn)行的現(xiàn)象， 節(jié)省了人力及物力變頻恒壓供水可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多泵循環(huán)運(yùn)動(dòng)功能，延長(zhǎng)了電機(jī)水泵的使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)保護(hù)功能齊全，運(yùn)行可靠，具有欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、 缺相、短路保護(hù)等功能。二、工作原理變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一電位器設(shè)定壓力（也可

15、采用面板內(nèi)部設(shè)定壓力），采用 一個(gè)壓力傳感器（反饋為420mA或0-10V）檢測(cè)管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將 信號(hào)送入變頻器PID回路，PID回路處理之后，送出一個(gè)水量增加或減少信號(hào)， 控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。如在一定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，壓力還是不足或過(guò)大，則通過(guò)PLC作工 頻/變頻切換，使實(shí)際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。另外，隨著用水量的減少，變頻器自動(dòng)減少輸出頻率，達(dá)到了節(jié)能的目的。三、適用范圍采用變頻恒壓供水，具有高效節(jié)能，壓力穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，安裝方便， 占地少，噪音低，無(wú)污染，投資低，效益高等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于：賓館、寫(xiě)字樓、公寓、居民小區(qū)等場(chǎng)所的生活給水和熱水采暖系統(tǒng)。高層建筑、大型民用建筑的消防給

16、水系統(tǒng)。工礦生產(chǎn)企業(yè)各類(lèi)自來(lái)水廠變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用一、變頻恒壓供水的特點(diǎn)節(jié)能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電20%-40%，能實(shí)現(xiàn)綠色用電。占地面積小，投入少，效率高。配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。4.運(yùn)行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了 維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高。5.由于變頻恒壓調(diào)速直接從水 源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。6. 通過(guò)通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)約了人力物力。二、節(jié)能原理由水泵的工 作原理可知：水泵的流量與水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚(yáng)程與水泵（電 機(jī)）的轉(zhuǎn)速的平

17、方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚(yáng)程的乘積，故水泵的軸功 率與水泵的轉(zhuǎn)速的三次方成正比（既水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）。 根據(jù)上述原理可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。流量基本公式：Q-N H-N2KW=Q*H-N3以上Q代表流量，N代表轉(zhuǎn)速，H代表?yè)P(yáng)程，KW代表軸功率。例如：將供電頻率由50HZ降為45HZ，則P45/P50= （45/50） 3= 0.729,即 P45=0.729 P50；將供電頻率由 50HZ 降為 40HZ，則 P40/P50=（40/50） 3= 0.512,即P40=0.512 P50。水泵一般是按供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的最大工況需求 來(lái)考慮的，而用水系統(tǒng)

18、在實(shí)際使用中有很多時(shí)間不一定能達(dá)到用水的最大量，一 般用閥門(mén)調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來(lái)節(jié)流，造成電機(jī)用電損失，而采用變頻器可使系 統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)用水供應(yīng)，并可通過(guò)降低轉(zhuǎn)速節(jié)能收 回投資。從下圖我們可以形象的看到三種流量控制方式的比較。100KW三種流 量控制方法的耗電實(shí)測(cè)比較表：流量變頻器軸功率KW%輸入閥門(mén)控制軸功率KW%輸出閥門(mén)控制軸功率KW% 理想軸功率KW%50 15 60 84 12.560 25 64 89.5 21.670 38 68 95 34.380 55 72.5 99.5 51.290 79 84 103.5 73100 108 106 107 100很多電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備都存在全余量較大、工作效率低、電能耗量大、啟動(dòng)電流大、 工作噪聲大等難題。且不斷的影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而投資變頻器可以從根本上 解決這些問(wèn)