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基于plc的变频调速疏水系统

作者: 来源: 发布时间:2018/2/11 16:12:47  点击数:508
1、系统介绍
系统主要由三菱公司的可编程控制器(plc)、三菱变频器(fr-500)、压力传感器(液位传感器)及2台水泵组成,操作者可以通过面板的指示灯、按钮来控制系统的运行。系统框如图所示:

2、工作原理:
2.1系统有两种工作方式:
2.1.1手动运行
该方式主要供检修及变频器故障期间用于手动控制泵组运行。
2.1.2自动切换变频/工频运行功能
控制方案:变频器通常用于驱动某台固定水泵,并实时根据其输出频率,控制辅助泵工频运行,即当变频器的输出频率达到pid上限时,启动辅助泵,而输出频率小于pid下限时,停止辅助泵,控制流程如图(2)所示:

2.2 pid控制
2.2.1 pid概念
1)pi控制
pi控制是由比例控制(p)和积分控制(i)组合而成的,根据偏差及时间变化,产生一个执行量。注:pi运算是p和i运算之和。
[对于过程值单步变化的动作例]

2)pd控制
pd控制是由比例控制(p)和微分控制(d)组合而成的,根据偏差及时间变化,产生一个执行量。注:pd运算是p和d运算之和。
[对于过程值单步变化的动作例]

3)pid控制
利用pi控制和pd控制的优点组合成的控制。
注:pi运算是p和i运算之和。
4)负作用
当偏差x(设定值-反馈值)为正时,增加执行量(输出频率),如果偏差为负,减小执行量。

压力传感器反馈的水压信号〈y〉(4-20ma)与设定值〈u〉进行比较,其偏差〈x〉经变频器的pid控制器运算后产生执行量〈fi〉去驱动变频器,从而构成以设定压力为基础的闭环控制系统。运行参数在实际过程不断进行调整,使系统控制器响应趋于完整,并通过plc计算需切换泵的运行操作。基本的pid控制框如图(3)所示:

3、plc系统
本系统中检测点及控制量较多,是一较大规模的测控系统。据其特点本系统采用三菱公司可编程控制器(plc)fx2n系统,该控制器与其他plc相比具有一些明显优点:运转处理快(最快达3.7us)、最多可达128点控制、可以提供完整的编程环境、可进行离线编程和在线连接调试,并能实现梯形图与语句表的相互转换。系统采用开关量的输入/输出来控制水泵的启、停、切换、软启动及故障报警,实现硬件/软件备用水泵,充分保证系统平稳运行。
4、系统的优点:
4.1高效节能:
电机通过变频调速可以在不同转速下工作,且均是较高效率点工作,提高水泵电机总体效率
4.2系统对水泵机组实现了软启动控制方式,延长电机寿命,而且出现故障,备用泵自动切换。
4.3系统具有自诊断和自处理功能,具有完善的保护功能,如过流、过压、过载、水池断水保护,完全有效确保设备的工作安全。
4.4系统具有故障显示和报警功能,有利于故障排除。
5、注意事项:
系统的稳定运行,必须要注意以下三个参数:
设定值 pid上限 pid下限
任何一个控制系统都需要经过反复地调试方可达到最佳性能,没有调试,系统不能工作或不能良好的运行。在最初的系统运行中,甲泵变频与乙泵变频进行切换时经常造成波动,原因是甲乙泵出口水压流量不同,工作点略微偏移。当初设置的pid上、下限范围小,pid运算灵敏度较大,从而引发波动,变频器无法工作,系统瘫痪。我们经过不断的摸索调试,最终将pid上限调整至80%,pid下限调整至20%,同时将设定值调整至较合适的位置。
结束语:
动力4#炉疏水系统采用变频调速运行方式,可根据实际水压自动调节水泵电机的转速和加减泵,以求最大限度的节能节资,并使系统处于可靠的运行状态,同时,增加了硬件/软件备用水泵功能,延长了设备使用寿命,而采用压力闭环控制,变频器故障后仍能保障不间断工作,具有一定的先进性。这是我厂第一例利用基于plc的变频调速pid控制功能,投入使用后效果显著,值得在其他炼油化工生产装置中推广。
参考文献
1.满永奎 韩安荣 吴成东《通用变频器及应用》机械工业出版社 1995年 isbn 7-111-04766-4
2.王兆义 《可编程控制器教程》机械工业出版社 1997年 isbn 7-111-03758-8/tp
3.三菱变频调速器fr-f500使用手册 三菱电机株式会社

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