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內(nèi)蒙古森鼎環(huán)保節(jié)能股份有限公司 張彬
Sonding Environmental protection & Energy Saving Co.,Ltd., Inner Mongolia ZhangBin
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，來通過開閥和關(guān)閥來控制。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無線數(shù)傳電臺(tái)是利用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù),無線射頻技術(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、RS485及TTL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：
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輸入 |
額定電壓；頻率 |
三相，380V～440V；50Hz/60Hz |
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允許電壓工作范圍 |
電壓：320V～460V；電壓失衡率：<3％；頻率：±5％ |
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輸出 |
額定電壓 |
380V |
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頻率 |
0Hz～650Hz |
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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秒 |
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主要控制性能 |
調(diào)制方式 |
磁通矢量PWM調(diào)制 |
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調(diào)速范圍 |
1：100 |
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起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 |
0.50Hz時(shí)180％額定轉(zhuǎn)矩 |
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運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度 |
≤±0.5％額定同步轉(zhuǎn)速 |
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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％ |
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頻率分辨率 |
數(shù)字設(shè)定：0.01Hz；模擬設(shè)定：最高頻率×0.1％ |
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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％ |
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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） |
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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) |
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直流制動(dòng) |
直流制動(dòng)開始頻率：0.20～60.00Hz；
制動(dòng)時(shí)間：0.0～30.0秒；
制動(dòng)電流：G型：0.0～100.0％
P型：0.0～80.0％ |
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點(diǎn)動(dòng) |
點(diǎn)動(dòng)頻率范圍：0.20Hz～50.00Hz；點(diǎn)動(dòng)加減速時(shí)間0.1～60.0秒可設(shè)，點(diǎn)動(dòng)間隔時(shí)間可設(shè) |
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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 |
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內(nèi)置PI |
可方便地構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng) |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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定長(zhǎng)控制 |
到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度后變頻器停機(jī) |
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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 |
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音調(diào)調(diào)節(jié) |
調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的音調(diào) |
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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 |
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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 |
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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 |
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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 |
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輔助頻率給定 |
實(shí)現(xiàn)靈活的輔助頻率微調(diào)、頻率合成 |
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脈沖輸出端子 |
0～50kHz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 |
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模擬輸出端子 |
2路模擬信號(hào)輸出，分別可選0/4～20mA或0/2～10V，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?
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20mA為20%）
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
②新型PID控制及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 陶永華
③EC20使用手冊(cè) 艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司
④通用變頻器及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 韓安榮
⑤百特工控現(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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