摘要：文章介紹了艾默生公司變頻器EV2000系列在鋼廠(chǎng)璇流井恒液位變頻節(jié)能控制中的應(yīng)用。
Abstract: Adoption of EV2000 inverter of Emerson in liquid level control
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(chǎng)璇流井水系統(tǒng)是為軋線(xiàn)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(guò)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(lái)通過(guò)開(kāi)閥和關(guān)閥來(lái)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(méi)水泵房造成停電事故。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)變頻恒液位控制系統(tǒng)，液位檢測(cè)采用超聲波液位器（百特公司），通過(guò)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(jí)，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(cè)采用百特工控公司生產(chǎn)FBSON-Y-05-N系列超聲波物位檢測(cè)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(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)串口與一臺(tái)數(shù)傳電臺(tái)相通訊（MODBUS）,來(lái)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(guò)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)數(shù)傳電臺(tái)是利用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù),無(wú)線(xiàn)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(huà)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(jiàn)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：

輸入	額定電壓；頻率	三相，380V～440V；50Hz/60Hz
	允許電壓工作范圍	電壓：320V～460V；電壓失衡率：<3％；頻率：±5％
輸出	額定電壓	380V
	頻率	0Hz～650Hz
	過(guò)載能力	G型：150％額定電流1分鐘，200％額定電流0.5秒； P型：110％額定電流1分鐘；150％額定電流1秒
主要控制性能	調(diào)制方式	磁通矢量PWM調(diào)制
	調(diào)速范圍	1：100
	起動(dòng)轉(zhuǎn)矩	0.50Hz時(shí)180％額定轉(zhuǎn)矩
	運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度	≤±0.5％額定同步轉(zhuǎn)速
	頻率精度	數(shù)字設(shè)定：最高頻率×±0.01％；模擬設(shè)定：最高頻率×±0.2％
	頻率分辨率	數(shù)字設(shè)定：0.01Hz；模擬設(shè)定：最高頻率×0.1％
	轉(zhuǎn)矩提升	自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升0.1％～30.0％
	V/F曲線(xiàn)	四種方式：1種用戶(hù)設(shè)定V/F曲線(xiàn)方式和3種降轉(zhuǎn)矩特性曲線(xiàn)方式（2.0次冪、1.7次冪、1.2次冪）
	加減速曲線(xiàn)	三種方式：直線(xiàn)加減速、S曲線(xiàn)加減速及自動(dòng)加減速方式；四種加減速時(shí)間，時(shí)間單位（分/秒）可選，最長(zhǎng)60小時(shí)
	直流制動(dòng)	直流制動(dòng)開(kāi)始頻率：0.20～60.00Hz； 制動(dòng)時(shí)間：0.0～30.0秒； 制動(dòng)電流：G型：0.0～100.0％ P型：0.0～80.0％
	點(diǎn)動(dòng)	點(diǎn)動(dòng)頻率范圍：0.20Hz～50.00Hz；點(diǎn)動(dòng)加減速時(shí)間0.1～60.0秒可設(shè)，點(diǎn)動(dòng)間隔時(shí)間可設(shè)
	多段速運(yùn)行	通過(guò)內(nèi)置PLC或控制端子實(shí)現(xiàn)多段速運(yùn)行
	內(nèi)置PI	可方便地構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)
	自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行	根據(jù)負(fù)載情況，自動(dòng)優(yōu)化V/F曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行
	自動(dòng)電壓調(diào)整（AVR）	當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，能自動(dòng)保持輸出電壓恒定
	自動(dòng)限流	對(duì)運(yùn)行期間電流自動(dòng)限制，防止頻繁過(guò)流故障跳閘
	自動(dòng)載波調(diào)整	根據(jù)負(fù)載特性，自動(dòng)調(diào)整載波頻率；可選
客戶(hù)化功能	紡織擺頻	紡織擺頻控制，可實(shí)現(xiàn)中心頻率可調(diào)的擺頻功能
	定長(zhǎng)控制	到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度后變頻器停機(jī)
	下垂控制	適用于多臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載的場(chǎng)合
	音調(diào)調(diào)節(jié)	調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的音調(diào)
	瞬停不停機(jī)控制	瞬時(shí)掉電時(shí)，通過(guò)母線(xiàn)電壓控制，實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行
	捆綁功能	運(yùn)行命令通道與頻率給定通道可以任意捆綁，同步切換
運(yùn)行功能	運(yùn)行命令通道	操作面板給定、控制端子給定、串行口給定，可通過(guò)多種方式切換
	頻率給定通道	數(shù)字給定、模擬電壓給定、模擬電流給定、脈沖給定、串行口給定，可通過(guò)多種方式隨時(shí)切換
	輔助頻率給定	實(shí)現(xiàn)靈活的輔助頻率微調(diào)、頻率合成
	脈沖輸出端子	0～50kHz的脈沖方波信號(hào)輸出，可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出
	模擬輸出端子	2路模擬信號(hào)輸出，分別可選0/4～20mA或0/2～10V，可實(shí)現(xiàn)設(shè)定頻率、輸出頻率等物理量的輸出

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(guò)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(xiě)保護(hù)選擇，全部參數(shù)允許改寫(xiě)
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?BR>F0.08=1 負(fù)載為風(fēng)機(jī)類(lèi)
F0.10=15 加速時(shí)間
F0.11=15 減速時(shí)間
F0.14=1 V/F曲線(xiàn)設(shè)定（2次冪，泵類(lèi)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(xiàn)改動(dòng)）,超聲波輸出
F5.09=20 最小給定量對(duì)應(yīng)反饋（4mA ,相對(duì)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(cè)量模式選擇：距離測(cè)量


b、測(cè)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(hào)為4-20MA

　　　為可靠檢測(cè)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^(guò)快的響應(yīng)速度，會(huì)造成外界干擾信號(hào)的擾動(dòng)，使液位信號(hào)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(hào)綜合平均后輸出實(shí)際穩(wěn)定電流信號(hào)。

3、實(shí)際運(yùn)行效果

　　　經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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?FONT class=fl14 color=#0000ff>變頻器運(yùn)行頻率過(guò)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(guò)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(guò)高時(shí)，通過(guò)EC20 PLC和數(shù)傳電臺(tái)還可以為上級(jí)泵站提供信號(hào)，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(cè) 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(chǎng)儀表選型手冊(cè) 福州福光百特自動(dòng)化設(shè)備有限公司