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变频器在涂层生产线供水系统中的应用 |
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1. 概述
涂层生产线中的前处理部分主要用来去除铝箔表面残留的油污和杂质，从而增加表面涂层时的附着力，其清洗方式有浸泡式和喷淋式两种，但无论那种方式其储液槽的补水过程均为断续，且部分喷嘴直接与供水管相连，同时由于工艺要求水温较高(40℃)，在泵的出口还安装不锈钢换热器，故要求供水压力相对稳定，以保证处理的效果。原供水泵采用全压供水，由于储液槽补水量波动很大，使得系统压力不稳，不得不加大供水泵，而供水泵加大后，系统有时出现超压多次造成换热器及供水泵的损坏，从而影响了生产的正常运行，加大了维修成本。故分厂与北京拓思维自动化工程公司合作，在供水系统中采用西门子ECO变频器闭环控制，不管用水量的大小，通过调节水泵的转速，保持管网中水压的基本恒定，保证了供水系统的正常工作。
2. ECO变频器
ECO变频器是SIEMENS公司推出的用于风机、水泵等设备调速节能运行的专用变频器。
其主要特点是：
⑴ ECO变频器安装调试容易，维护和运行费用低。由于变频器的特定功能使其产品的成本降至最小，价格便宜，降低了整套系统的成本。
⑵ ECO变频器能够精确地跟随设定点，可使系统有更好的性能。
⑶ 内置PID调节采用了标准比例、积分、微分控制的闭环过程控制，并为反馈传感器提供了标准电源。
⑷ 在运行噪声的控制方面采用了自动开关频率优化，从而降低电机运行时的噪声。
⑸ ECO变频器针对风机、水泵节能运行的需要，设置了能量优化控制程序，为在运行中搜寻最小能量消耗点，自动升高和降低电机电压。当电机达到稳定点的速度（即加速过程结束时）时通用变频器即在这个速度下运行，而ECO变频器此时开始分析电机的功率消耗。然后开始微小地升高或降低变频器的输出电压来搜索最佳频率，即最低的功率消耗。如果ECO变频器检测出在升高电机电压时，功率消耗增加了，则变频器的控制策略（能量优化控制程序）就开始降低电机电压，以搜索最低的功率消耗水平，如果检测出在降低电机电压时，功率消耗增加，则升高电机电压。这样就可搜寻到效率最高，功率消耗最小点并在此处运行。用这种优化节能程序（典型）可节约2%～5%的额定容量的电能。
⑹ 在选择ECO变频器时，不能用它驱动额定功率比它大或者额定功率不足其一半的电机，否则会影响变频器的性能甚至造成损坏。
3. 在前处理供水系统中的应用
为了保持供水系统水压的基本恒定，需要变频器根据给定的压力信号与管网水压的反馈信号进行比较，以调节水泵的转速，达到供水、水压恒定的目的。
3.1 系统组成
系统采用一用一备变频器恒压供水系统，即要求一台水泵供水，另一台备用，当使用的水泵出现故障或检修时，另一台马上投入运行，不使供水中断，并要求在变频器出现故障时，可实现变频/工频切换，以保证供水的连续性。
图-1
上图3.1.1供水系统的控制原理图，ZK1为电源开关，ZK2、ZK3为变频器/工频切换，JC1、JC2为主/备泵切换。压力给定采用WXD2-53带指针电位计，压力检测和变送采用德国Endress+Hauser的PMC133，输出信号为4-20mA，PID调节显示仪表采用OMRON的KN-270。
3.2 闭环控制实现和参数调整
在该系统中PID闭环控制的实现和参数调整是整个系统准确控制和稳定运行的关键，以下是ECO变频器PID闭环过程控制方框图3.2.1。
图
在工业应用中，闭环控制被广泛用于各种过程的控制，一个简单闭环控制就是通过对来自过程传感器（温度、压力、速度等）的反馈信号和期望的给定值进行比较，获得一偏差信号，然后对偏差信号进行处理并用于控制变频器和电机以减少这一偏差。
由于在系统中的延迟，偏差信号的处理可能是非常复杂的，通常偏差信号的处理采用了比例、积分和微积分（PID）的计算方法，通过对这些参数的调节，来优化系统的性能和稳定性。一旦完成系统的设置，就能实现稳定的、有效的和精确的控制。在ECO变频器里已包含有一个标准的PID控制功能，只需要连接一个合适的反馈传感器并对P201至P220的参数进行设置就可以实现这种控制功能。
典型需调整的参数主要有：
P006 设定值来源选择 P007 控制方式选择
P012 电机最小频率 P201 PID使能控制
P202 Ｐ比例增益 P203 I积分增益
P204 Ｄ微分增益 P205 积分作用时间标点
P211 反馈量程最低点标定 P212 反馈量程最高点标定
其中：P202和P203、P205需多次调整，以获取控制的最佳点。
3.3 系统特点
①采用ECO变频器PDI闭环控制，供水系统压力保持相对稳定，从而保证涂层铝箔表面清洗效果。
②由于该系统避免了供水压力超限，使供水泵及出口的换热器工作在正常压力状态，延长了设备寿命，降低了维修成本。
③西门子的ECO变频器能够精确地跟踪设定点，提高了控制系统的性能，给出了标准的PID调节功能，可方便地实现闭环控制。
④ECO变频器具有RS480串行通讯功能，其采用USS通讯协议，其远程控制能力能够达到31台设备，从而便于组网和远程通讯。
4. 结束语
在涂层线前处理供水系统中采用西门子ECO变频器加PID运行的闭环过程控制，不但保证了供水系统的压力，满足了工艺要求，还提高了系统运行的可靠性，降低了维修成本和电能消耗。该系统已稳定运行了两年， 效果十分理想。
参考资料:
《变频器世界》 2001年 第九期
《HVAC专用变频使用手册》 西门子（中国）有限公司资料
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