空壓機壓力閉環變頻調速系統的設計
責任編輯:hylng    瀏覽:4991次    時間: 2013-05-30 23:06:37      

摘要:武鋼硅鋼廠是武鋼一米七工程之一,硅鋼廠空壓機站是70年代國內首家從日本引進的具有當時世界先進水平的大型空壓 設備,它采用活塞式空壓機進行空氣壓縮,其制造工藝極其復雜,設備非常昂貴,同時它為全廠提供壓縮空氣,其地位又非常重要。但經過多年的長期運行,電氣..

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武鋼硅鋼廠是武鋼一米七工程之一,硅鋼廠空壓機站是70年代國內首家從日本引進的具有當時世界先進水平的大型空壓 設備,它采用活塞式空壓機進行空氣壓縮,其制造工藝極其復雜,設備非常昂貴,同時它為全廠提供壓縮空氣,其地位又非常重要。但經過多年的長期運行,電氣設 備老化嚴重,各種能耗非常之大,工作條件極其惡劣,繼電器損壞較多且無備品,空壓機頻繁起停,嚴重影響空壓機的使用壽命。因此在1996年5月利用中修 (12d)時間,對原系統進行了改造,采用當今計算機控制技術和變頻技術,引進PLC閉環控制和變頻控制,進步了控制系統精度,并使該空壓機站的控制系統 達到先進水平。

1 控制系統方案的確定及配置

1.1 方案的確定

(1)原空壓機站存在的題目

原系統采用開環控制,不能保證控制精度。
當輸出壓力大于0.7MPa時,自動打開泄載閥,使異步電動機空轉,嚴重浪費能源。
繼電器損壞較多且無備品,嚴重威脅生產。
輸出壓力的調節是靠人為調節開度的大小來實現的,勞動強度大,調節速度慢,波動大,不穩定,精度低。
異步電動機易頻繁起動、停止,影響電機的使用壽命。工作條件惡劣,噪聲大。

(2)工藝提出的新要求

空壓機出口壓力必須控制在±0.05MPa內。
在輸出壓力大于0.7MPa時,自動封閉泄荷閥。
為了使新老系統雙重化運行,在設計時要考慮新老系統的切換控制。
增加油壓、水位、空氣壓力的綜合報警功能。
(3)現場的實際工作情況和全廠備品備件的同一考慮。

(4)確定方案

由 于硅鋼廠空壓機站改造是國內首次在這個領域的改造,無鑒戒經驗可循,如何滿足特殊的硅鋼工藝要求及解決現存題目是這次改造的關鍵。我們提出改造方案為電氣 控制部分和壓力閉環均采用PLC控制,電機采用變頻器控制。這套方案不僅用PLC取代繼電器,進步控制系統可靠性,而且壓力閉環的引進,也進步控制系統的 控制精度;電機用變頻器控制,延長了電機的使用壽命,還降低了能耗,因此實現了低投資高產出的目標。

1.2 系統配置

改造后系統由FRN132P7-4變頻器、1151GP型壓力變送器、MODICON 984-120PLC組成,如圖1所示。


圖1 系統框圖

2 空壓機站變頻系統的工作原理及特點

2.1 磁通控制式正弦波PWM控制的逆變器工作原理

磁通控制式正弦波PWM逆變器的結構與GTR-SPWM逆變器的結構完全相同,不同的是GTR導通和截止的工作模式不同。

在 實際工作中,為了不使一橋臂的上下管同時導通而發生逆變器的短路,需要設置延時電路。然而延時時間的存在,給逆變器帶來新的題目,使逆變器產生誤差電壓。 這種誤差電壓特別是在低速運行或切換頻率較高時,對逆變器影響更大,致使導步電動機在低速時存在轉矩脈動,旋轉不均勻,甚至在某些特定頻率區域引起電流的 不穩定,造成系統振蕩。為此,采用磁通控制式正弦波PWM控制方式。它不是按照調制正弦波和載波的交點來控制GTR的開通和關斷,而是始終使異步電動機的 磁通接近正弦波,旋轉磁場的軌跡是圓形來決定GTR的導通規律,從而可以補償誤差電壓造成的影響,在很低的頻率下,保證異步電動機在低速時旋轉均勻,從而 擴大了變頻調速系統的調速范圍,抑制了異步電動機的振動和噪聲。圓形旋轉磁場的實現,是通過檢測磁通,控制環節隨時判定實際磁通超過誤差范圍與否,來改變 GTR的工作模式,從而保證旋轉磁場的軌跡呈圓形。

2.2 FRN132P7-4富士變頻器的組成及其特點

富士變頻器主要由以下幾個部分組成:主電路、保護電路、計算機數字控制電路、數字顯示和故障診斷電路、數字與模擬輸進、輸出電路等組成。它的特點是:轉矩脈動;電磁噪音低;具有數字顯示和故障診斷。

3 控制系統軟件的實現

控 制程序框圖如圖2所示?諌簷C站控制系統分為手動和自動兩種工作方式。當系統預備條件停當時(無故障、冷卻水壓力>0.2MPa,卸荷閥封閉、潤滑油壓 力>0.15MPa),即可啟動運行。在運行過程中,輸出的空氣壓力控制在0.6~0.7MPa范圍內。若輸出的空氣壓力大于0.7MPa時,計算機發出 報警且自動封閉卸荷閥,使空氣壓力下降,當空氣壓力下降到0.6MPa時,系統就自動啟動升壓;若輸出的空氣壓力低于0.6MPa且頻率小于即是23Hz 時,系統故障停車并切換到老系統工作。


圖2 控制程序框圖

空 壓機站控制系統的閉環是利用軟件中的PID2功能塊來實現。定義PID2中的一個期看的控制點,稱為設定點(SP),相對于SP而得到的丈量值稱為過程變 量(PV)。SP與PV的差值即偏差(E)。它將偏差(E)饋送到控制算法中就產生操縱變量(MV),來調整被控過程使PV=SP,使偏差(E)=0。在 現場的實際調試過程中,筆者是通過現場一次壓力儀表(0~10V)采集現場 的壓力。將壓力信號再送到PLC的模擬量輸進模塊30001的點上,通過一個減法器,使30001上的內容送進寄存器40113,再通過PID2功能塊與 寄存器40101的設定值進行比較,進行PI運算,使偏差(E)=0。寄存器40102再通過一個減法器將信號送到寄存器40500,由寄存器40500 輸出0~10V的電壓,控制變頻器的正常工作。
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