空压机压力闭环变频调速系统的设计
责任编辑:hylng    浏览:2413次    时间: 2013-05-30 23:06:37      

摘要:武钢硅钢厂是武钢一米七工程之一,硅钢厂空压机站是70年代国内首家从日本引进的具有当时世界先进水平的大型空压 设备,它采用活塞式空压机进行空气压缩,其制造工艺极其复杂,设备非常昂贵,同时它为全厂提供压缩空气,其地位又非常重要。但经过多年的长期运行,电气..

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武钢硅钢厂是武钢一米七工程之一,硅钢厂空压机站是70年代国内首家从日本引进的具有当时世界先进水平的大型空压 设备,它采用活塞式空压机进行空气压缩,其制造工艺极其复杂,设备非常昂贵,同时它为全厂提供压缩空气,其地位又非常重要。但经过多年的长期运行,电气设 备老化严重,各种能耗非常之大,工作条件极其恶劣,继电器损坏较多且无备品,空压机频繁起停,严重影响空压机的使用寿命。因此在1996年5月利用中修 (12d)时间,对原系统进行了改造,采用当今计算机控制技术和变频技术,引进PLC闭环控制和变频控制,进步了控制系统精度,并使该空压机站的控制系统 达到先进水平。

1 控制系统方案的确定及配置

1.1 方案的确定

(1)原空压机站存在的题目

原系统采用开环控制,不能保证控制精度。
当输出压力大于0.7MPa时,自动打开泄载阀,使异步电动机空转,严重浪费能源。
继电器损坏较多且无备品,严重威胁生产。
输出压力的调节是靠人为调节开度的大小来实现的,劳动强度大,调节速度慢,波动大,不稳定,精度低。
异步电动机易频繁起动、停止,影响电机的使用寿命。工作条件恶劣,噪声大。

(2)工艺提出的新要求

空压机出口压力必须控制在±0.05MPa内。
在输出压力大于0.7MPa时,自动封闭泄荷阀。
为了使新老系统双重化运行,在设计时要考虑新老系统的切换控制。
增加油压、水位、空气压力的综合报警功能。
(3)现场的实际工作情况和全厂备品备件的同一考虑。

(4)确定方案

由 于硅钢厂空压机站改造是国内首次在这个领域的改造,无鉴戒经验可循,如何满足特殊的硅钢工艺要求及解决现存题目是这次改造的关键。我们提出改造方案为电气 控制部分和压力闭环均采用PLC控制,电机采用变频器控制。这套方案不仅用PLC取代继电器,进步控制系统可靠性,而且压力闭环的引进,也进步控制系统的 控制精度;电机用变频器控制,延长了电机的使用寿命,还降低了能耗,因此实现了低投资高产出的目标。

1.2 系统配置

改造后系统由FRN132P7-4变频器、1151GP型压力变送器、MODICON 984-120PLC组成,如图1所示。


图1 系统框图

2 空压机站变频系统的工作原理及特点

2.1 磁通控制式正弦波PWM控制的逆变器工作原理

磁通控制式正弦波PWM逆变器的结构与GTR-SPWM逆变器的结构完全相同,不同的是GTR导通和截止的工作模式不同。

在 实际工作中,为了不使一桥臂的上下管同时导通而发生逆变器的短路,需要设置延时电路。然而延时时间的存在,给逆变器带来新的题目,使逆变器产生误差电压。 这种误差电压特别是在低速运行或切换频率较高时,对逆变器影响更大,致使导步电动机在低速时存在转矩脉动,旋转不均匀,甚至在某些特定频率区域引起电流的 不稳定,造成系统振荡。为此,采用磁通控制式正弦波PWM控制方式。它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的开通和关断,而是始终使异步电动机的 磁通接近正弦波,旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律,从而可以补偿误差电压造成的影响,在很低的频率下,保证异步电动机在低速时旋转均匀,从而 扩大了变频调速系统的调速范围,抑制了异步电动机的振动和噪声。圆形旋转磁场的实现,是通过检测磁通,控制环节随时判定实际磁通超过误差范围与否,来改变 GTR的工作模式,从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形。

2.2 FRN132P7-4富士变频器的组成及其特点

富士变频器主要由以下几个部分组成:主电路、保护电路、计算机数字控制电路、数字显示和故障诊断电路、数字与模拟输进、输出电路等组成。它的特点是:转矩脉动小;电磁噪音低;具有数字显示和故障诊断。

3 控制系统软件的实现

控 制程序框图如图2所示。空压机站控制系统分为手动和自动两种工作方式。当系统预备条件停当时(无故障、冷却水压力>0.2MPa,卸荷阀封闭、润滑油压 力>0.15MPa),即可启动运行。在运行过程中,输出的空气压力控制在0.6~0.7MPa范围内。若输出的空气压力大于0.7MPa时,计算机发出 报警且自动封闭卸荷阀,使空气压力下降,当空气压力下降到0.6MPa时,系统就自动启动升压;若输出的空气压力低于0.6MPa且频率小于即是23Hz 时,系统故障停车并切换到老系统工作。


图2 控制程序框图

空 压机站控制系统的闭环是利用软件中的PID2功能块来实现。定义PID2中的一个期看的控制点,称为设定点(SP),相对于SP而得到的丈量值称为过程变 量(PV)。SP与PV的差值即偏差(E)。它将偏差(E)馈送到控制算法中就产生操纵变量(MV),来调整被控过程使PV=SP,使偏差(E)=0。在 现场的实际调试过程中,笔者是通过现场一次压力仪表(0~10V)采集现场 的压力。将压力信号再送到PLC的模拟量输进模块30001的点上,通过一个减法器,使30001上的内容送进寄存器40113,再通过PID2功能块与 寄存器40101的设定值进行比较,进行PI运算,使偏差(E)=0。寄存器40102再通过一个减法器将信号送到寄存器40500,由寄存器40500 输出0~10V的电压,控制变频器的正常工作。
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