论文 范文【 精品】低压变频器在电厂水泵中的应用

1、低压变频器在电厂水泵中的应用低压变频器在电厂水泵中的应用 摘要：自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒水位设备以其节能、安全、高品质等优点，在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。 关键词：低压变频器电厂水泵 中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号： 我厂低加疏水泵电机使用的变频器是ABB公司生产的低压变频器ACS600、ACS800系列，这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器

2、。这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多， 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID调解属于闭环控制，是过程控制中应用得十分普遍的一种控制方式。它是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地无限接近于控制目标的一种手段。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全

3、了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（Systemwith Steady-state Error

4、）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即

5、在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 在实行PID调节时，必须至少有两种控制信号： (1)目标信号；通常也称为给定信号，是与被控物理量的控制目标对应的信号，用XT表示； (2)反馈信号；是通过传感器测得的与被控物理量的实际值对应的信号，用XF表示。 PID调

6、节功能将随时对XT与XF近行比较，以判断是否已已经达到预定的控制目标。具体地说，它将根据两者的差值(XT-XF),利用比例（P）、积分（I）、微分（D）的手段对被控物理量进行调整，直至反馈信号与目标信号基本相等（XTXF）达到预定的控制目标为止。 我厂低加疏水泵作用维持低加的水位在一定水位（G5、G6、G7、G8低加水位600-650mm） (G3、G4低加水位800-850mm), G6低压加热器疏水泵额定功率75kw；额定电流150A；额定转速2970转/分；变频器选用ABB 600。低加水位高低取决于电动机的转速和进水量之间的平衡状态。为了保证水位恒定，通过变频器及其PID调节功能做到进

7、水量大时，水位上涨，变频器应立即提高输出频率，使电动机加速，以增大疏水泵排水的能力，保持低加水位恒定。低加水位的高低由液位变送器进行测量。所以，在恒定控制系统中，液位变送器的输出信号XF应该始终无限接近于目标信号XT。 P（比例）、I（积分）、D（微分）的控制做用。 比例控制 （1）控制的基本工作过程 如上述，变频器输出频率fx的大小由XT和XF的比较结果(XT-XF)来决定。如低加水位h超过目标值，则XF XT (XT-XF) 0 fx 电动机转速nx 低加水位h 直至与要求的目标水位相符（XFXT）为止。 反之，如低加水位h低于目标值，则XF XT (XT-XF) 0 fx 电动机转速nx

8、 低加水位h 直至与要求的目标水位相符（XFXT）为止。 （2）比例增益 为了使低加维持一定的水位，将变频器输出频率及其频率给定信号保持在一定范围内是必须的。 令 XG=KP(XT-XF) 式中XG 频率给定信号 KP 放大倍数，也叫比例增益。 就是说，将(XT-XF)放大了KP倍后再作为频率给定信号，如图 ； (XT-XF) = XG/KP XG1/KP= 在这里KP越大(XT-XF) 越小 XF 越接近于XT小 。这种过程控制，称为比例放大环节。显然，因为XG 不能等于0，所以，XF只能是无限接近于XT，却不能等于XT。这说明， XF 和XT之间总会有一个差值，称为静差，用表示，不消说静差

9、值应该越小越好。显然，比例增益(KP)越大，静差() 越小，如图a 为了减小静差，应尽量增大比例增益，但由于系统有惯性，因此，KP太大了，当XF随着水位变化而变化时，XG=KP(XT-XF)有可能一下子增大（或减少）了许多，使变频器的输出频率很容易超调（调过了头），于是又反过来调整，引起被控量（水位）忽大忽小，形成震荡如图b P调节震荡现象 （二）积分与微分控制 1积分控制 为了消除系统的震荡，引入了积分环节，其目的是： 使给定信号XG的变化与乘积KP(XT-XF)对时间的积分成正比。意思是说， 尽管KP(XT-XF) 一下子增大（或减少）了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地增大（或减少）

10、，从而减缓了XG的变化速度，防止了震荡。积分时间越长，XG变化越慢。 （2）只要偏差不消除(XT-XF0)，积分就不停止，从而能有效地消除静差，如图c示 但积分时间（I）太长，又会发生当水位急剧变化时，被控量（水位）难以迅速恢复的情况。 2微分控制 微分控制是根据偏差变化率d/dt的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服了因积分时间太长而使恢复滞后的缺点，如图d示。 （三）信号的输入 1目标信号的表示法 （1）百分数表示法，目标信号的大小由水位变送器量程的百分数表示。我厂G6低压加热器疏水泵水位量程（400mm-1200mm）要求水位保持在630mm，则目标值为28.8%

11、如果要求水位保持在800mm，则目标值为50% （2）物理量表示法，根据水位变送器量程，计算出的与目标值对应的电流信号值，水位变送器量程为420mA, 目标水位保持在630mm，则目标值为 XT = 4+(20-4)×0.288=8.6 mA 如果要求水位保持在800mm，则目标值为 XT = 4+(20-4)×0.5=12 mA 2目标信号的输入 键盘输入法，由键盘直接输入与目标值对应的百分数 3反馈信号的输入 水位变送器输出信号就是反馈信号，变频器专门设置了反馈信号的输入端， （四）ABB变频器的PID功能设置 1PID功能的选择 ABB ACS 600变频器99组，启

12、动数据参数02项应用宏选项，选则“PID”控制。 2信号输入通道的选则 ABB ACS 600变频器40组，06选项 “ACT1” ，选项ACT1”将模拟输入口AI1、 AI2、AI3中的一个设定为PID控制器的实际信号。 ABB ACS 600变频器40组，07选项 “AI2”AI2作为实际值的信号源。 3PID参数的设定 ABB ACS 600变频器40组，01选项 “比例增益”设定“2”，如果误差值(XT-XF)变化10%将引起PID控制器输出变化20% ，电机转速为2970转/分，那么实际速度给定就改变594转/分 ABB ACS 600变频器40组，02选项 “积分时间”设定“2秒”

13、， ABB ACS 600变频器40组，03选项 “微分时间”设定“0秒”，微分时间为0秒，只相当于PI调节，因为对水位变化要求不是很高。 ABB ACS 600变频器40组，04选项 “1阶滤波器时间常数”设定“1秒”， （五）ABB变频器的外部接线 1水位变送器输出信号，如果是外部供电接至AI2，如果是变频器本身供电接至DGND、AI2+，AI2-和+24VDC短接，信号为4-20m A。如果是ABB ACS 800变频器，必须使用外部供电，因变频器本身供电干扰太大，系统震荡严重。 2速度模拟量输出信号，接至AO1-和AO1+，信号为4-20mA。 3电流模拟量输出信号，接至AO2-和AO

14、2+，信号为4-20mA。 4变频器启动指令接至DI1和+24VDC，变频器停止指令接至DI2和+24VDC，变频器停止指令为长闭接点。 5 变频器启动信号接至RO21和RO22，变频器准备好信号接至RO11和RO12，变频器故障信号接至RO32和RO33。 以上接线均使用阻燃屏蔽电缆，电缆屏蔽层保证单点接地，减少对信号的干扰。 （六）ABB ACS 600变频器在低压加热器疏水泵使用中应注意的问题 （1）变频器安装在现场，现场环境温度高，夏季时最高温度达到55度，ABB ACS 600变频器内置报警温度115度，掉闸温度125度，2006年3月时变频器显示温度达到110度，之后经过清扫温度降

15、到75度。温度高对变频器安全运行是一个极大的威协，同时也缩短了变频器的使用寿命，日常的维护巡视变的尤为重要。因此在夏季时，我们把变频器内置温度显示调出到显示面板上，这样就比较直观，便于维护。 （2）现场环境比较脏，这是变频器温度高的另一个原因，变频器本身是一个热源，加上冷却风扇的作用，灰尘就被吸附在变频器散热片上。时间久了堵塞风道，造成变频器温度高， 因此，对变频器要进行定期、彻底地清扫，降低变频器温度。 （七）ABB ACS 600变频器在低压加热器疏水泵应用效果 我厂自1998年以来陆续投入9台低压加热器疏水泵变频器，运行比较稳定，节能效果显著，改造前，低压加热器疏水泵电机电流波动非常大，随负荷周期性变化，而且水位也波动大，不稳定。投入低压加热器疏水泵变频器后电机电流非常平稳，水位也非常稳定，对水位目标值能够非常精细地设定，