矢量變頻器在恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
矢量變頻器在恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、變頻器在恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用：
變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。
變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理如下：
變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)用戶的用水水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸至PID調(diào)節(jié)器，然后與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將比較和運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)和水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)分別送至變頻器和可編程控制器（PLC）；變頻器據(jù)以調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速；可編程控制器械根據(jù)PID調(diào)節(jié)器傳輸過來的水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過對(duì)水泵的啟動(dòng)和停止臺(tái)數(shù)及其中變頻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓恒移穩(wěn)于用戶預(yù)先設(shè)計(jì)的壓力值，使供水泵組“提升”的水量與用戶管網(wǎng)不斷變化的用水量保持一致，達(dá)到“變量恒壓供水”的目的。
以下為中贏供水研發(fā)的矢量變頻器在某市市政供水工程中的應(yīng)用系統(tǒng)由可編程控制器，變頻器和電動(dòng)機(jī)組成，采用可編程序控制器（PLC）控制變頻調(diào)速器，具有控制水泵恒壓供水的功能。通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4～20mA的模擬信號(hào)，通過PLC內(nèi)置的PID控制器，來改變電動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上；反之已然。這樣通過閉環(huán)PID控制就達(dá)到恒壓供水的目的。
當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障（即：過壓、過流、過載、電機(jī)過熱保護(hù)）后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，再重新按操作步驟進(jìn)行操作。
二、中贏系列變頻器在紡織機(jī)械中的應(yīng)用
棉紡織設(shè)備的大部分機(jī)器采用了變頻調(diào)速技術(shù)、可編程控器(PLC)技術(shù)，也已有相當(dāng)一部分的產(chǎn)品采用了工控機(jī)、單片機(jī)、交流伺服系統(tǒng)、觸摸屏人機(jī)界面以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紡機(jī)產(chǎn)品的機(jī)電一體化，SOHO-SM變頻器在紡織設(shè)備上應(yīng)用很普及，從清花、梳棉、并條、粗紗、細(xì)紗、絡(luò)筒、整經(jīng)、漿紗、無梭織機(jī)等均已采用。按使用情況可分為三種類型：
第一類：一臺(tái)主機(jī)選用一臺(tái)SOHO-SM變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，如并條機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)等。
第二類：一臺(tái)主機(jī)選用一臺(tái)SOHO-SM變頻器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，如并紗機(jī)、氣流紡機(jī)(單錠單電機(jī)傳動(dòng)型)等。
第三類：一臺(tái)主機(jī)用多臺(tái)SOHO-SM變頻分別控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，并由計(jì)算機(jī)控制多電機(jī)協(xié)調(diào)同步，和實(shí)現(xiàn)卷繞成形功能，如取消錐輪的新型粗紗機(jī)、取消長(zhǎng)邊軸傳動(dòng)和無級(jí)變速器的新型漿紗機(jī)，分條整經(jīng)機(jī)等。
紡織設(shè)備上應(yīng)用的SOHO-SM變頻器的容量范圍：
0.37KW～500KW， 90%以上為0.37KW～37KW。
矢量變頻器在在梳棉機(jī)中的應(yīng)用。
某棉紡廠使用的梳棉機(jī)老機(jī)在設(shè)計(jì)方面由于受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件、設(shè)備制造成本，市場(chǎng)需要等因素的限制不可避免的存在著一些缺陷。如A186D型梳棉機(jī)道傳動(dòng)系統(tǒng)中的電磁離合器由于故障較高，經(jīng)常造成停臺(tái)，不時(shí)出火警，給生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量造成一定的損失，要保持與維護(hù)需投入大量的人力與物力。慣性輪電磁離合器被棄用。這樣在道夫慢轉(zhuǎn)快的過程中產(chǎn)生細(xì)條，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)破邊，棉網(wǎng)拉斷的現(xiàn)象影響生條質(zhì)量。為避免這種現(xiàn)象，操作工用不當(dāng)?shù)牟僮鬓k法來彌補(bǔ)以上設(shè)備缺陷，但要造成大量的廢條，同樣是不可取的。
使用矢量變頻器改善梳棉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的過程：A186D梳棉機(jī)為了使道夫達(dá)到升、降速平滑，在機(jī)械傳動(dòng)中設(shè)計(jì)雙速電機(jī)，慣性輪、電磁離合器，用電氣加機(jī)械的手段來實(shí)現(xiàn)。A186E、A186F、FA201梳棉機(jī)設(shè)計(jì)中又增加了電動(dòng)機(jī)的星-三角轉(zhuǎn)換這一控制環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步改善了升、降速斜率。FA201B、FA212梳棉機(jī)采用了矢量變頻器調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了道夫升速斜率的任意調(diào)節(jié)，道夫工藝轉(zhuǎn)速的任意可變的功能。為老機(jī)改造提供一個(gè)好的范例。
對(duì)A186D老機(jī)進(jìn)行SOHO-SM矢量變頻器調(diào)速改造，不但提高設(shè)備性能，降低故障停臺(tái)。還能提高生產(chǎn)效率與生條質(zhì)量。
三、變頻器在提升設(shè)備中的應(yīng)用
變頻調(diào)速器以16位或32位微處理器為核心，內(nèi)部包括控制和驅(qū)動(dòng)兩大部分。變頻器可通過其外部控制端子實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、S曲線加減速及多段速度控制。矢量控制運(yùn)算中要用到的電機(jī)本身的一些參數(shù)，可由變頻器自動(dòng)測(cè)出。此外，該變頻器還具有過流、過載、電動(dòng)機(jī)過熱、過壓及欠壓，超速及失速等保護(hù)功能。變頻器還能提供運(yùn)行停止信號(hào)，零速信號(hào)，速度到達(dá)信號(hào)及運(yùn)行準(zhǔn)備信號(hào)等，可編程控制器綜合外部信號(hào)和變頻器給出的控制信號(hào)，經(jīng)分析及邏輯運(yùn)算向外部設(shè)備及變頻器給出控制命令。電梯調(diào)速控制的關(guān)鍵是啟動(dòng)加速和減速平層，對(duì)其控制時(shí)要掌握以下幾點(diǎn)：
1、啟動(dòng)控制
為使電梯啟動(dòng)時(shí)平穩(wěn)無沖擊，無反向溜車，啟動(dòng)控制應(yīng)按以下順序：
（1）首先向變頻器發(fā)出預(yù)勵(lì)磁命令，給電動(dòng)機(jī)建立磁場(chǎng)(此時(shí)速度給定為零)；
（2）經(jīng)第一級(jí)延時(shí)后發(fā)出打開抱閘指令；
（3）再經(jīng)第二級(jí)延時(shí)確認(rèn)抱閘打開后給出速度指令。
2、減速平層控制
電梯減速按照距離直接停車平層，即要求各層站的減速距離完全一致。減速到平層時(shí)無爬行過程，由運(yùn)行速度直接向零速減速。為保證停車時(shí)的舒適感，應(yīng)確認(rèn)電梯到達(dá)零速時(shí)(此信號(hào)由變頻器給出)才給出合抱閘命令，再經(jīng)一級(jí)延時(shí)，給出停止勵(lì)磁指令。若停車后電梯沒有平層，應(yīng)進(jìn)行再平層控制。
3、再平層控制
若電梯停車后沒有準(zhǔn)確平層，或平層后因鋼絲繩形變使轎廂移位，應(yīng)進(jìn)行再平層。再平層應(yīng)在較低的速度下進(jìn)行(通常為運(yùn)行速度的1%)，且應(yīng)在電梯門打開，電梯處在平層區(qū)內(nèi)的情況下進(jìn)行。SOHO-SM型變頻器有很好的低頻轉(zhuǎn)矩扭力，我們測(cè)得電梯在110%額定載重下仍能可靠地進(jìn)行再平層。
由于控制系統(tǒng)采用了脈沖編碼定位控制技術(shù)，故井道內(nèi)省略了減速感應(yīng)器，只在轎頂留下了一套平層感應(yīng)裝置，并具有再平層功能。
實(shí)踐證明，改造后的電梯運(yùn)行舒適感好，啟動(dòng)、減速、平層的舒適感不因轎廂負(fù)載的變化而變化，取得了令人滿意的效果。
改造中應(yīng)注意的幾個(gè)問題
電梯技術(shù)改造并沒有固定模式，一切應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來定。但我們?cè)趯⑴f式交流雙速梯和調(diào)壓調(diào)速梯改造成變頻調(diào)速電梯過程中覺得以下幾個(gè)常遇到的問題應(yīng)特別引起注意，以確保改造后電梯的安全使用。
1、貨梯改全自動(dòng)集選控制方式時(shí)，應(yīng)補(bǔ)裝安全觸板或光電保護(hù)裝置，無測(cè)重裝置的應(yīng)設(shè)法補(bǔ)裝。
2、保持原額定載重量，額定速度不變，保持鋼絲繩原曳引比方式不變。
3、應(yīng)用線路或軟件保證轎頂行慢車時(shí)，轎內(nèi)和機(jī)房不能走車，以確保轎頂操作人員的安全。
4、層門無自動(dòng)關(guān)閉裝置的應(yīng)在每層層門上增設(shè)可靠的層門自動(dòng)關(guān)閉裝置。
5、層門門扇是由繩、鏈聯(lián)接時(shí)，被動(dòng)門扇應(yīng)補(bǔ)設(shè)電氣安全裝置。
6、檢查測(cè)試限速器、安全鉗及其聯(lián)動(dòng)情況，不合格的限速器必須更換。
7、制動(dòng)器應(yīng)作全面分解，閘帶上不允許有油垢，電磁鐵可動(dòng)鐵芯與銅套間要干凈，并用石墨粉潤滑。
四、中贏系列變頻器在水泥機(jī)械中的應(yīng)用
變頻調(diào)速技術(shù)在我國水泥行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛。在生產(chǎn)工藝需要調(diào)速的許多環(huán)節(jié)，如回轉(zhuǎn)窯、單冷機(jī)、喂料機(jī)、配料系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、水泵等，以交流變頻調(diào)速取代調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速以及直流調(diào)速已成為一種必然趨勢(shì)。
在水泥粉磨工藝中，球磨機(jī)入磨物料粒度的大小，對(duì)其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量影響較大，預(yù)破碎工藝作為提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、降低粉磨電耗的重要途徑，引起了許多水泥企業(yè)的重視。根據(jù)工藝要求，水泥立窯放料每次持續(xù)2～3 min，間隔2～3 min，但目前幾乎所有水泥企業(yè)中破碎機(jī)處于工頻恒速運(yùn)行狀態(tài)，24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電能的巨大浪費(fèi)，并影響電機(jī)和破碎機(jī)的使用壽命。另一方面，由于破碎機(jī)具有十分大的慣性，不易頻繁啟停，所以即使使用變頻器也難以解決系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的泵升電壓引起保護(hù)電路動(dòng)作，使系統(tǒng)無法正常工作。
針對(duì)系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，利用SOHO-SM系列變頻器實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的變頻調(diào)速和軟啟動(dòng)；利用再生能量回饋單元克服破碎機(jī)制動(dòng)過程中產(chǎn)生的過高的泵升電壓；利用PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯閉環(huán)控制，使破碎機(jī)的工作與立窯放料同步，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)行。從而在改善工藝控制質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地節(jié)約了電能，降低了生產(chǎn)成本。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，節(jié)電率可達(dá)60%以上。
上述系統(tǒng)已在某水泥廠投入實(shí)際運(yùn)行。系統(tǒng)根據(jù)送料信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)啟制動(dòng)運(yùn)行，破碎機(jī)運(yùn)行速度連續(xù)可調(diào)。電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)頻繁軟啟動(dòng)，基本無啟動(dòng)電流沖擊，啟動(dòng)力矩足夠。系統(tǒng)在變頻運(yùn)行條件下，若變頻器突然故障，則自動(dòng)切換至“工頻”狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)(內(nèi)部可選)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況需要，將有放料信號(hào)時(shí)變頻運(yùn)行給定頻率設(shè)為43 Hz，系統(tǒng)運(yùn)行電流為27 A，運(yùn)行電壓280 V，改造后的系統(tǒng)平均每年耗電5.7萬度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)記錄，系統(tǒng)在改造前工作頻率為工頻50 Hz，運(yùn)行電流為32 A，運(yùn)行電壓400 V，平均每年耗電19.42萬度。改造后的節(jié)電率為70.6%。該系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)如下：
1、利用變頻調(diào)速技術(shù)改造了水泥熟料破碎機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)，滿足了破碎機(jī)的低速、間歇運(yùn)行特點(diǎn)，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)能效果明顯，并有利于延長(zhǎng)破碎機(jī)和電機(jī)的使用壽命。
2、利用能量回饋控制技術(shù)克服破碎機(jī)大慣性引起的泵升電壓，有效地保證了變頻器的安全運(yùn)行。系統(tǒng)除了變頻器和能量回饋裝置所具有的20余種保護(hù)功能和故障自診斷功能外，還增設(shè)了電機(jī)過熱、控制回路保護(hù)及報(bào)警。
3、利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)了各種邏輯控制、變頻器啟制動(dòng)自動(dòng)控制及手動(dòng)/自動(dòng)、工頻/變頻轉(zhuǎn)換和故障自切換等功能，使系統(tǒng)控制靈活方便，功能齊全。
五、中贏系列變頻器在物流機(jī)械中的應(yīng)用
調(diào)速皮帶秤是一種用于測(cè)量和控制皮帶輸送機(jī)的速度和物料流量的實(shí)時(shí)連續(xù)計(jì)量裝置，廣泛應(yīng)用散裝固態(tài)原料的計(jì)量控制和輸送。
當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，物料隨著皮帶的運(yùn)動(dòng)輸出，經(jīng)荷重傳感器Ｗ檢測(cè)并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入控制器中；同時(shí)速度傳感器也將檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)送入控制器中。速度信號(hào)和荷重信號(hào)經(jīng)控制器進(jìn)行變換和處理，計(jì)算出物料的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量等，并與設(shè)定值進(jìn)行比較后，通過ＰＩＤ等方式調(diào)節(jié)輸出控制信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使物料的流量穩(wěn)定在設(shè)定值上。
由于皮帶秤是一個(gè)集控制、計(jì)量與輸送為一體的設(shè)備，采用SOHO-SM變頻器可以確保其在工業(yè)環(huán)境下的穩(wěn)定、可靠的工作。
實(shí)踐證明，在工業(yè)環(huán)境比較惡劣的情況下，采用滑差電機(jī)調(diào)速時(shí)，由于滑差離合器密封性不好，離合器容易被灰塵或異物堵死而造成飛車(失控)現(xiàn)象。滑差調(diào)速電動(dòng)機(jī)的低速性能很差，當(dāng)皮帶秤在低速運(yùn)行時(shí)，皮帶機(jī)的速度往往處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到皮帶秤的正常工作和計(jì)量精度。另外，當(dāng)要求皮帶秤的設(shè)定值變化范圍較大時(shí)，滑差調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍就顯得不夠。
采用變頻器除了能很好的解決上述問題外，還可以利用變頻器調(diào)速時(shí)機(jī)械特性很硬、轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)。通過對(duì)皮帶秤的荷重信號(hào)檢測(cè)，采用預(yù)置控制與ＰＩＤ控制相結(jié)合的控制方法，大大提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。這對(duì)于皮帶秤上物料忽然變化很大時(shí)，確保皮帶秤的控制和計(jì)量精度是非常重要的。
應(yīng)用變頻器在節(jié)能方面應(yīng)用效果亦十分顯著。它在水泵和風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的閥門、檔板相比可節(jié)電約40%。以１個(gè)100kW的風(fēng)機(jī)為例，按年工作時(shí)間8000h計(jì)算，一年可節(jié)省32萬kWh。
六、變頻器其余應(yīng)用實(shí)例
1、中央空調(diào)變頻調(diào)速：
采用變頻器對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷凍水泵組、冷卻水泵組進(jìn)行調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)SOHO-SM變頻器同時(shí)控制多臺(tái)水泵，高效節(jié)能，避免了“大馬拉小車”現(xiàn)象，節(jié)電率30%~60%。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫、濕度檢測(cè)及集中監(jiān)控、達(dá)到最佳舒適度控制。
2、注塑機(jī)變頻調(diào)速控制：
注塑過程一般分為以下步驟：鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開模頂針。每個(gè)步驟的負(fù)荷是不同的，采用SOHO-SM變頻器對(duì)油泵進(jìn)行控制，可以對(duì)應(yīng)每個(gè)步驟輸出相應(yīng)功率，從而顯著節(jié)約電能，節(jié)電率30%~60%
3、行車電機(jī)變頻調(diào)速控制：
行車一般有多臺(tái)電機(jī)，分別控制大車、小車及吊鉤上下，這幾臺(tái)電機(jī)都可用SOHO-SM變頻器加以改造。改造后具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：
（1）.電機(jī)啟動(dòng)電流小，轉(zhuǎn)矩大，避免了大電流沖擊，節(jié)電顯著。
（2）.節(jié)約備件，無需更換接觸器等低壓電器。
（3）.無需人工維護(hù)，可靠性極高。
4、風(fēng)機(jī)，水泵變頻調(diào)速改造：
傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵是通過風(fēng)門檔板或閥門來調(diào)節(jié)流量，由于流量與轉(zhuǎn)速成正比、功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比。因此采用變頻器通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，其功率（耗電量）會(huì)呈3次方下降，節(jié)能效果非常明顯，節(jié)電率可達(dá)30--70%.
5、在繞線機(jī)、拉絲機(jī)上應(yīng)用變頻器：
有啟動(dòng)平穩(wěn)、啟動(dòng)力矩大、無級(jí)調(diào)速的特點(diǎn)，能提高產(chǎn)量、降低故障率。
6、鍋爐風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速：
鍋爐風(fēng)機(jī)包括引風(fēng)機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)，一般是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門檔板改變送風(fēng)量、采用變頻器后，可將風(fēng)門檔板調(diào)節(jié)至最大，通過SOHO-SM變頻器進(jìn)行調(diào)速。一般節(jié)電率都在40%以上。
7、空壓機(jī)變頻調(diào)速：
通過一臺(tái)變頻器能同時(shí)控制多臺(tái)空壓機(jī)，避免電機(jī)空轉(zhuǎn)耗能，無需專人值守，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恒壓供氣，高效節(jié)能。
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