艾默生變頻器及PLC在恒液位控制中的應(yīng)用

艾默生變頻器及PLC在恒液位控制中的應(yīng)用

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。
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，我們設(shè)計(jì)變頻恒液位控制系統(tǒng)，液位檢測采用超聲波液位器（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，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。液位檢測采用百特工控公司生產(chǎn)FBSON-Y-05-N系列超聲波物位檢測儀，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：

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 最小給定量對應(yīng)反饋（4mA ,相對于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、測量模式選擇：距離測量

b、測量范圍：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，輸出信號為4-20MA

為可靠檢測液位，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)造成外界干擾信號的擾動(dòng)，使液位信號變化太快，影響了正常的設(shè)備運(yùn)行。降低速度，可以使信號綜合平均后輸出實(shí)際穩(wěn)定電流信號。

3、實(shí)際運(yùn)行效果

經(jīng)過現(xiàn)場一段時(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)還可以為上級泵站提供信號，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 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)場儀表選型手冊 福州福光百特自動(dòng)化設(shè)備有限公司