变频器及PLC在恒液位控制中的应用

２００８年第６期　冶　金　动　力　总第１３０期　ＭＥＴＡＩｌＩ．Ｉ『ＲＧ１ＣＡＬ　Ｐ‘　Ｒ　６５　变频器及ＰＬＣ在恒液位控制中的应用　周凤银，杨芳，沈庆　（南京钢铁联合公司带钢厂，江苏南京２１００３５）　【摘要】介绍了变频器ＥＶ２０００系列在钢厂璇流井恒液位变频节能控制中的应用，以ＦＢＳＯＮ—Ｙ一０５一Ｎ　系列超声波料位检测仪作为液位检测。采用给定电位计作为液位给定，以超声波液位作为反馈，通过变频器内　部的ＰＩＤ调节器作为压力闭环调节，从而实现了既能正常生产供水需求，又能大大节约电能损耗的目的。　【关键词】变频器；数传电台；液位；ＰＩＤ控制　【中图分类号】ＴＰ３１　【文献标识码】Ｂ　【文章编号］１００６－６７６４（２００８）０６－００６５－０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ａｎｄ　ＰＬＣ　ｉｎ　Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＺＨＯＵ　Ｆｅｎｇ－ｙｉｎ，ＹＡＮＧ　Ｆａｎｇ，ＳＨＥＮ　Ｑｉｎｇ　（Ｓｔｒｉｐ　Ｓｔｅｅｌ　Ｐｌａｎｔ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００３５，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ＥＶ２０００　ｓｅｒｉｅｓ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｏｆ　ｃｙｃｌｏｎｅ　ｗｅｌｌ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｅｖｅｌ　ｉｎ　ａ　ｓｔｅｅｌ　ｍｉｌｌ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｌ０一　ｄｕｃｅｄ．Ａｎ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｌｅｖｅｌ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｏｆ　ＦＢＳＯＮ－Ｙ－Ｏ５－Ｎ　ｓｅｒｉｅｓ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｅｖｅ１．　Ｌｉｑｕｉｄ　ｌｅｖｅｌ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　ａ　ｇｉｖｅｎ　ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ．　Ｕｌｒｔａｓｏｎｉｃ　ｌｅｖｅｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｗａｓ　ｓｅｒｖｅｄ　ａｓ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ａｎｄ　ＰＩＤ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｌｏｓｅｄ　ｌｏｏｐ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｉｔ　ｍｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｆｏｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｇｏａｌ　ｏｆ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｅｎｅｒｇｙ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｔａｔｉｏｎ；ｌｉｑｕｉｄ　ｌｅｖｅｌ；ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　１　前言　实际检测水位最高１．８５　ｍ。　包钢带钢厂璇流井水系统是为轧线供生产用　采用一台ＥＣ２０—１００６ＢＲＡ作简单的继电连锁．　水，整个水系统是循环运行的。为保证璇流井内水位　除了和旧系统进行连锁（互锁），还有变频器的简单　保证基本平衡，通过５　泵（１１０　ｋＷ）将水池内循环水　启动和停止及报警。本系统还另外装有一台ＥＣ２０—　再抽到外面，防止水溢出。由于原有系统采用软启动　１００６ＢＲＡ．通过串口与一台数传电台相通讯（ＭＯＤ—　启动，不能调节转速，水位的控制依靠人为值守，来　ＢＵＳ），来实现和另外一个水泵房（净环泵房）实现连　通过开阀和关阀来控制。否则在低液位会造成水泵　锁。当璇流井有高液位报警时，通过ＰＬＣ及数传电　抽真空而损伤泵体（气蚀）；高液位则会淹没水泵房　台传送到净环泵房，由操作人员确定水泵的启动和　造成停电事故。为此，我们设计变频恒液位控制系　停止（由于二者距离太远，且不适合电缆敷设，所以　统，液位检测采用超声波液位器（百特公司）．通过变　采用无线数传的方式）。　频器内部ＰＩＤ构成液位闭环，实现液位的自动恒定　其中璇流井内ＰＬＣ设置为主站，净环内ＰＬＣ为　控制。　从站。数传电台采用深圳科立讯生产的ＰＴ６０８０无　２变频恒液位控制系统构成　线数传电台是利用先进的单片机技术，无线射频技　系统水泵电机为１１０　ｋＷ，四级，转速１　４８０　ｒ／　术，数字处理技术设计的功率较大，体积较小的模块　ｒａｉｎ。设计采用ＥＶ２０００—４Ｔ１　１００Ｐ系列通用变频器作　式半双工数传电台，采用ＳＭＴ新工艺，选用高质量的　为水泵电机控制核心。液位检测采用百特工控公司　元器件。抗干扰能力强，精致坚固，结构紧凑，安装方　生产ＦＢＳＯＮ—Ｙ一０５一Ｎ系列超声波物位检测仪。供电　便。数话兼容，数传可优先。ＲＳ２３２、ＲＳ４８５及田Ｌ多　电源为ＡＣ２２０Ｖ，一体式安装。量程最尢　了达到５　ｍ，　种接口可供选择，适应面宽。　淹　金　动　力　ＭＥＴＡＬＩ　】ＩｉＧＩＣＡＬ　Ｐ０ＷＥＲ　２００８年第６期　总第１３０期　３变频恒液位控制参数及工作原理　３．１　ＥＶ２０００通用技术规格　（１）输入　额定电压；频率：三相，３８０—４４０　Ｖ；５０／６０　Ｈｚ　允许电压工作范围：３２０～４６０　Ｖ；电压失衡率：＜　３％：频率：±５％　（２）输出　额定电压：３８０　Ｖ　频率：０—６５０　Ｈｚ　过载能力：　Ｇ型：１５０％额定电流１　ｒａｉｎ，　２００％额定电流０．５　Ｓ；　Ｐ型：１１０％额定电流Ｉｍｉｎ；１５０％额定电流１　Ｓ　（３）主要控制性能　调制方式：磁通矢量ＰＷＭ调制　调速范围：１：１００　起动转矩：Ｏ．５０　Ｈｚ时１８０％额定转矩　运行转速稳态精度：≤±０．５％额定同步转速　频率精度：数字设定：最高频率ｘ￣０．０１％；模拟设　定：最高频率ｘ￣Ｏ．２％　频率分辨率：数字设定：０．０１　Ｈｚ：模拟设定：最　高频率ｘ０．１％　转矩提升：自动转矩提升．手动转矩提升０．１％～　３Ｏ．０％　Ｖ　曲线：四种方式：１种用户设定Ｖ／Ｆ曲线方式　和３种降转矩特性曲线方式（２．０次幂、１．７次幂、１．２　次幂）　加减速曲线：３种方式：直线加减速、Ｓ曲线加减　速及自动加减速方式；４种加减速时间，时间单位　（分／秒）可选，最长６０　ｈ　直流制动：　直流制动开始频率：０．２０～６０．００　Ｈｚ：　制动时间：０．０～３０．０　ｓ；　制动电流：Ｇ型：０．０～１００．Ｏ％　Ｐ型：０．０—８０．０％　点动：点动频率范围：Ｏ．２０～５０．００　Ｈｚ：点动加减　速时间０．１—６０．０秒可设，点动间隔时间可设　多段速运行：通过内置ＰＬＣ或控制端子实现多　段速运行　内置ＰＩ：可方便地构成闭环控制系统　自动节能运行：根据负载情况，自动优化ｖ／Ｆ曲　线，实现节能运行　自动电压调整（ＡＶＲ）：当电网电压变化时，能自　动保持输出电压恒定　自动限流：对运行期间电流自动限制，防止频繁　过流故障跳闸　自动载波调整：根据负载特性，自动调整载波频　率：可选　ｆ４）客户化功能　纺织摆频：纺织摆频控制，可实现中心频率可调　的摆频功能　定长控制：到达设定长度后变频器停机　下垂控制：适用于多台变频器驱动同一负载的　场合　音调调节：调节电机运行时的音调　瞬停不停机控制：瞬时掉电时，通过母线电压控　制，实现不问断运行　捆绑功能：运行命令通道与频率给定通道可以　任意捆绑，同步切换　（５）运行功能　运行命令通道：操作面板给定、控制端子给定、　串行口给定，可通过多种方式切换　频率给定通道：数字给定、模拟电压给定、模拟　电流给定、脉冲给定、串行口给定，可通过多种方式　随时切换　辅助频率给定：实现灵活的辅助频率微调、频率　合成　脉冲输出端子：０—５０　ｋＨｚ的脉冲方波信号输　出，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出　模拟输出端子：２路模拟信号输出。分别可选０，　４—２０　ｍＡ或０／２～１０　Ｖ，可实现设定频率、输出频率　等物理量的输出　３．２变频器参数优化设定　为实现璇流井内恒液位控制，我们采用给定电　位计作为液位给定，反馈采用超声波液位仪（变送输　出４～２０　ｍＡ）。通过变频器内部的ＰＩＤ调节器做压　力闭环调节。变频器参数设置如下：　ＦＰ．０　１＝０参数写保护选择，全部参数允许改写　Ｆ０．００＝３给定为ＶＣＩ模拟给定　ＦＯ．０３＝１端子运行　ＦＯ．０４＝０转向为正向　Ｆ０．０８＝１负载为风机类　Ｆ０．１０＝１５加速时间　ＦＯ．１　１＝１５减速时间　Ｆ０．１４＝１　Ｖ／Ｆ曲线设定（２次幂，泵类负载特　性）　Ｆ５．００＝１闭环运行有效　Ｆ５．０１＝１给定为ＶＣＩ　２００８年第６期　总第１３０期　ＭｇｒＡＩ．Ｉ．ＵＲＧ１ＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　冶　金　动　力　６７　Ｆ５．０２＝１反馈为ＣＣＩ（注意要做调线改动），超　声波输出　Ｆ５．０９＝２０最小给定量对应反馈（４ｍＡ，相对于　２０ｍＡ为２０％）　Ｆ５．１３＝０．０５积分时间　ＦＨ．００＝４　四极电机　ＦＨ．０１＝１１０功率１１０ｋＷ　变频器内部ＰＩＤ控制框图如图１：　Ｆ５．１２＝０．１０比例增益　…定量一匿蔓　图１变频器内部ＰＩＤ控制框图　４实际运行效果　经过现场一段时间的运行。变频恒液位运行效　果非常好。当用电位计设定一个液位高度后，变频　器以恒液位控制方式运行。当液位设定为７０　ｃｍ，实　际检测璇流井内的液位基本在６０—８０　ｅｍ之间恒　定。当液位低于７０　ｅｍ，变频器频率降低，直到最后　停止在最低运行频率（２ｏ　ｔｔ７．）。这是因为如果变频器　运行频率过低，水泵的扬程不够，电机功率白白损耗　掉，不利于节能运行。设置最低运行频率，能够使水　ｌ００％　泵扬程达到要求（璇流井内循环水不会造成在最低　的运行功率下导致液位过低而水泵抽真空）。变频　图２距离测量　（２）测量范围：０～１８５　ｅｍ　器的频率一般在生产的时候达到３５～４５　Ｈｚ左右，这　样的节能率是非常高的（４０％左右），而且恒液位控　制大大的降低了操作人员的劳动强度。当由于某种　原因造成液位过高时，通过ＥＣ２０　ＰＬＣ和数传电台　还可以为上级泵站提供信号。实现泵站水系统的连　（３）响应速度选择：慢速　（４）安全物位：保持　超声波工作电压２２０　ＶＡＣ，输出信号为４～２Ｏ　ｍＡ为可靠检测液位。使用超声波变送器必须使其　响应速度较慢。这是因为过快的响应速度，会造成　锁控制，保证了正常的生产供水要求，同时也大大地　节约了电能（３５％以上），为包钢节能降耗工程作了　一外界干扰信号的扰动，使液位信号变化太快，影响了　正常的设备运行。降低速度。可以使信号综合平均　后输出实际稳定电流信号。　个典范工程。　收稿日期：２００８—０６—１１　作者简介：周凤银（１９７１一），女，大学本科，工程师，现从事设备管理　工作