摘要：文章介紹了艾默生公司變頻器EV2000系列在鋼廠璇流井恒液位變頻節(jié)能控制中的應用。
Abstract: Adoption of EV2000 inverter of Emerson in liquid level control
關鍵詞：變頻器 超聲波液位儀 PID恒液位控制 數(shù)傳電臺

前言：

　　　包鋼帶鋼廠璇流井水系統(tǒng)是為軋線供生產(chǎn)用水，整個水系統(tǒng)是循環(huán)運行的。為保證璇流井內(nèi)水位保證基本平衡，通過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)采用軟啟動啟動，不能調(diào)節(jié)轉速，水位的控制依靠人為值守，來通過開閥和關閥來控制。否則在低液位會造成水泵抽真空而損傷泵體（氣蝕）；高液位則會淹沒水泵房造成停電事故。為此，我們設計變頻恒液位控制系統(tǒng)，液位檢測采用超聲波液位器（百特公司），通過變頻器內(nèi)部PID構成液位閉環(huán)，實現(xiàn)液位的自動恒定控制。

1、變頻恒液位控制系統(tǒng)構成

　　　系統(tǒng)水泵電機為110KW，四級，轉速1480r/min。設計采用EV2000-4T1100P系列通用變頻器作為水泵電機控制核心。液位檢測采用百特工控公司生產(chǎn)FBSON-Y-05-N系列超聲波物位檢測儀，供電電源為AC220V，一體式安裝。量程最大可達到5米，實際檢測水位最高1.85米。系統(tǒng)原理圖附圖一至三。

　　　采用一臺EC20-1006BRA作簡單的繼電連鎖，除了和舊系統(tǒng)進行連鎖（互鎖），還有變頻器的簡單啟動和停止及報警。本系統(tǒng)還另外裝有一臺EC20-1006BRA，通過串口與一臺數(shù)傳電臺相通訊（MODBUS）,來實現(xiàn)和另外一個水泵房（凈環(huán)泵房）實現(xiàn)連鎖。當璇流井有高液位報警時，通過PLC及數(shù)傳電臺傳送到凈環(huán)泵房，由操作人員確定水泵的啟動和停止（由于二者距離太遠，且不適合電纜敷設，所以采用無線數(shù)傳的方式）。 其中璇流井內(nèi)PLC設置為主站，凈環(huán)內(nèi)PLC為從站。數(shù)傳電臺采用深圳科立訊生產(chǎn)的PT6080無線數(shù)傳電臺是利用先進的單片機技術,無線射頻技術,數(shù)字處理技術設計的功率較大,體積較小的模塊式半雙工數(shù)傳電臺,采用SMT新工藝,選用高質(zhì)量的元器件。抗干擾能力強，精致堅固，結構緊湊，安裝方便。數(shù)話兼容，數(shù)傳可優(yōu)先。RS232、RS485及TTL多種接口可供選擇，適應面寬。參見下面原理圖：

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
	起動轉矩	0.50Hz時180％額定轉矩
	運行轉速穩(wěn)態(tài)精度	≤±0.5％額定同步轉速
	頻率精度	數(shù)字設定：最高頻率×±0.01％；模擬設定：最高頻率×±0.2％
	頻率分辨率	數(shù)字設定：0.01Hz；模擬設定：最高頻率×0.1％
	轉矩提升	自動轉矩提升，手動轉矩提升0.1％～30.0％
	V/F曲線	四種方式：1種用戶設定V/F曲線方式和3種降轉矩特性曲線方式（2.0次冪、1.7次冪、1.2次冪）
	加減速曲線	三種方式：直線加減速、S曲線加減速及自動加減速方式；四種加減速時間，時間單位（分/秒）可選，最長60小時
	直流制動	直流制動開始頻率：0.20～60.00Hz； 制動時間：0.0～30.0秒； 制動電流：G型：0.0～100.0％ P型：0.0～80.0％
	點動	點動頻率范圍：0.20Hz～50.00Hz；點動加減速時間0.1～60.0秒可設，點動間隔時間可設
	多段速運行	通過內(nèi)置PLC或控制端子實現(xiàn)多段速運行
	內(nèi)置PI	可方便地構成閉環(huán)控制系統(tǒng)
	自動節(jié)能運行	根據(jù)負載情況，自動優(yōu)化V/F曲線，實現(xiàn)節(jié)能運行
	自動電壓調(diào)整（AVR）	當電網(wǎng)電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒定
	自動限流	對運行期間電流自動限制，防止頻繁過流故障跳閘
	自動載波調(diào)整	根據(jù)負載特性，自動調(diào)整載波頻率；可選
客戶化功能	紡織擺頻	紡織擺頻控制，可實現(xiàn)中心頻率可調(diào)的擺頻功能
	定長控制	到達設定長度后變頻器停機
	下垂控制	適用于多臺變頻器驅動同一負載的場合
	音調(diào)調(diào)節(jié)	調(diào)節(jié)電機運行時的音調(diào)
	瞬停不停機控制	瞬時掉電時，通過母線電壓控制，實現(xiàn)不間斷運行
	捆綁功能	運行命令通道與頻率給定通道可以任意捆綁，同步切換
運行功能	運行命令通道	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，可通過多種方式隨時切換
	輔助頻率給定	實現(xiàn)靈活的輔助頻率微調(diào)、頻率合成
	脈沖輸出端子	0～50kHz的脈沖方波信號輸出，可實現(xiàn)設定頻率、輸出頻率等物理量的輸出
	模擬輸出端子	2路模擬信號輸出，分別可選0/4～20mA或0/2～10V，可實現(xiàn)設定頻率、輸出頻率等物理量的輸出

2.2為實現(xiàn)璇流井內(nèi)恒液位控制，我們采用給定電位計作為液位給定，反饋采用超聲波液位儀（變送輸出4-20MA）。通過變頻器內(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)設置如下：

FP.01=0 參數(shù)寫保護選擇，全部參數(shù)允許改寫
F0.00=3 給定為VCI模擬給定
F0.03=1 端子運行
F0.04=0 轉向為正向
F0.08=1 負載為風機類
F0.10=15 加速時間
F0.11=15 減速時間
F0.14=1 V/F曲線設定（2次冪，泵類負載特性）
F5.00=1 閉環(huán)運行有效
F5.01=1 給定為VCI
F5.02=1 反饋為CCI（注意要做調(diào)線改動）,超聲波輸出
F5.09=20 最小給定量對應反饋（4mA ,相對于20mA為20%）
F5.12=0.10 比例增益
F5.13=0.05 積分時間
FH.00=4 四極電機
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)設置
a、測量模式選擇：距離測量


b、測量范圍：0-185cm
c、響應速度選擇：慢速
d、安全物位：保持

超聲波工作電壓220VAC，輸出信號為4-20MA

　　　為可靠檢測液位，使用超聲波變送器必須使其響應速度較慢。這是因為過快的響應速度，會造成外界干擾信號的擾動，使液位信號變化太快，影響了正常的設備運行。降低速度，可以使信號綜合平均后輸出實際穩(wěn)定電流信號。

3、實際運行效果

　　　經(jīng)過現(xiàn)場一段時間的運行，變頻恒液位運行效果非常好。當用電位計設定一個液位高度后，變頻器以恒液位控制方式運行。當液位設定為70cm，實際檢測璇流井內(nèi)的液位基本在60-80cm之間恒定。當液位低于70cm，變頻器頻率降低，直到最后停止在最低運行頻率（20HZ）。這是因為如果變頻器運行頻率過低，水泵的揚程不夠，電機功率白白損耗掉，不利于節(jié)能運行。設置最低運行頻率，能夠使水泵揚程達到要求（璇流井內(nèi)循環(huán)水不會造成在最低的運行功率下導致液位過低而水泵抽真空）。變頻器的頻率一般在生產(chǎn)的時候達到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強度。當由于某種原因造成液位過高時，通過EC20 PLC和數(shù)傳電臺還可以為上級泵站提供信號，實現(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典范工程。

附原理圖如下:




參考文獻
①EV2000系列通用變頻器 艾默生網(wǎng)絡能源有限公司
②新型PID控制及其應用 機械工業(yè)出版社 陶永華
③EC20使用手冊 艾默生網(wǎng)絡能源有限公司
④通用變頻器及其應用 機械工業(yè)出版社 韓安榮
⑤百特工控現(xiàn)場儀表選型手冊 福州福光百特自動化設備有限公司