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艾默生变频器及PLC在恒液位控制中的应用

前言：包钢带钢厂璇流井水系统是为轧线供生产用水，整个水系统是循环运行的。为保证璇流井内水位保证基本平衡，通过5#泵（110KW）将水池内循环水再抽到外面，防止水溢出。由于原有系统采用软启动启动，不能调节转速，水位的控制依靠人为值守，来通过开阀和关阀来控制。否则在低液位会造成水泵抽真空而损伤泵体（气蚀）；高液位则会淹没水泵房造成停电事故。为此，我们设计变频恒液位控制系统，液位*测采用超声波液位器，通过变频器内部PID构成液位闭环，实现液位的自动恒定控制。
1、变频恒液位控制系统构成
系统水泵电机为110KW，四*，转速1480r/min。设计采用EV2000-4T1100P系列通用变频器作为水泵电机控制核*。液位*测采用百特工控公司生产FBSON-Y-05-N系列超声波物位*测仪，供电电源为AC220V，*体式安装。量程*大可达到5米，实际*测水位*高1.85米。系统原理图附图*至三。
采用*台EC20-1006BRA作简单的继电连锁，除了和旧系统进行连锁（互锁），还有变频器的简单启动和停止及报警。本系统还另外装有*台EC20-1006BRA，通过串口与*台数传电台相通讯（MODBUS）,来实现和另外*个水泵房（净环泵房）实现连锁。当璇流井有高液位报警时，通过PLC及数传电台传送到净环泵房，由操作人员确定水泵的启动和停止（由于二者距离太远，且不适合电缆敷设，所以采用*线数传的方式）。其中璇流井内PLC设置为主站，净环内PLC为从站。数传电台采用深圳科立讯生产的PT6080*线数传电台是利用先进的单片机技术,*线射频技术,数字处理技术设计的功率较大,体积较小的模块式半双工数传电台,采用SMT新工艺,选用高质量的元器件。抗干扰能力强，精致坚固，结构紧凑，安装方便。数话兼容，数传可优先。RS232、RS485及TTL多种接口可供选择，适应面宽。参见下面原理图：

2、变频恒液位控制参数及工作原理：

2.1 EV2000 通用技术规格：

输入	额定电压；频率	三相，380V～440V；50Hz/60Hz
输入	允许电压工作范围	电压：320V～460V；电压失衡率：<3％；频率：±5％
输出	额定电压	380V
	频率	0Hz～650Hz
	过载能力	G型：150％额定电流1分钟，200％额定电流0.5秒； P型：110％额定电流1分钟；150％额定电流1秒
主要控制性能	调制方式	磁通矢量PWM调制
	调速范围	1：100
	起动转矩	0.50Hz时180％额定转矩
	运行转速稳态精度	≤±0.5％额定同步转速
	频率精度	数字设定：高频率×±0.01％；模拟设定：高频率×±0.2％
	频率分辨率	数字设定：0.01Hz；模拟设定：*高频率×0.1％
	转矩提升	自动转矩提升，手动转矩提升0.1％～30.0％
	V/F曲线	四种方式：1种用户设定V/F曲线方式和3种降转矩特性曲线方式（2.0次幂、1.7次幂、1.2次幂）
	加减速曲线	三种方式：直线加减速、S曲线加减速及自动加减速方式；四种加减速时间，时间单位（分/秒）可选，*长60小时
	直流制动	直流制动开始频率：0.20～60.00Hz；制动时间：0.0～30.0秒；制动电流：G型：0.0～100.0％ P型：0.0～80.0％
	点动	点动频率范围：0.20Hz～50.00Hz；点动加减速时间0.1～60.0秒可设，点动间隔时间可设
	多段速运行	通过内置PLC或控制端子实现多段速运行
	内置PI	可方便地构成闭环控制系统
	自动节能运行	根据负载情况，自动优化V/F曲线，实现节能运行
	自动电压调整（AVR）	当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒定
	自动限流	对运行期间电流自动限制，防止频繁过流故障跳闸
	自动载波调整	根据负载特性，自动调整载波频率；可选
客户化功能	纺织摆频	纺织摆频控制，可实现中*频率可调的摆频功能
	定长控制	到达设定长度后变频器停机
	下垂控制	适用于多台变频器驱动同*负载的场合
	音调调节	调节电机运行时的音调
	瞬停不停机控制	瞬时掉电时，通过母线电压控制，实现不间断运行
	捆绑功能	运行命令通道与频率给定通道可以任意捆绑，同步切换
运行功能	运行命令通道	操作面板给定、控制端子给定、串行口给定，可通过多种方式切换
	频率给定通道	数字给定、模拟电压给定、模拟电流给定、脉冲给定、串行口给定，可通过多种方式随时切换
	辅助频率给定	实现灵活的辅助频率微调、频率合成
	脉冲输出端子	0～50kHz的脉冲方波信号输出，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出
	模拟输出端子	2路模拟信号输出，分别可选0/4～20mA或0/2～10V，可实现设定频率、输出频率等物理量的输出

2.2为实现璇流井内恒液位控制，我们采用给定电位计作为液位给定，反馈采用超声波液位仪（变送输出4-20MA）。通过变频器内部的PID调节器做压力闭环调节。变频器参数设置如下：
FP.01=0      参数写保护选择，全部参数允许改写
F0.00=3      给定为VCI模拟给定
F0.03=1      端子运行
F0.04=0      转向为正向
F0.08=1      负载为风机类
F0.10=15     加速时间
F0.11=15     减速时间
F0.14=1      V/F曲线设定（2次幂，�*喔涸靥匦裕�
F5.00=1      闭环运行有效
F5.01=1      给定为VCI
F5.02=1      反馈为CCI（注意要做调线改动）,超声波输出
F5.09=20     *小给定量对应反馈（4mA ,相对于20mA为20%）
F5.12=0.10   比例增益
F5.13=0.05   积分时间
FH.00=4      四*电机
FH.01=110    功率110KW
变频器内部PID控制框图：

2.3超声波参数设置
a、测量模式选择：距离测量

b、测量范围：0-185cm
c、响应速度选择：慢速
d、安全物位：保持
超声波工作电压220VAC，输出信号为4-20MA
为可靠*测液位，使用超声波变送器必须使其响应速度较慢。这是因为过快的响应速度，会造成外界干扰信号的扰动，使液位信号变化太快，影响了正常的设备运行。降低速度，可以使信号综合平均后输出实际稳定电流信号。
3、实际运行效果
经过现场*段时间的运行，变频恒液位运行效果非常好。当用电位计设定*个液位高度后，变频器以恒液位控制方式运行。当液位设定为70cm，实际*测璇流井内的液位基本在60-80cm之间恒定。当液位低于70cm，变频器频率降低，直到*后停止在*低运行频率（20HZ）。这是因为如果变频器运行频率过低，水泵的扬程不够，电机功率白白损耗掉，不利于节能运行。设置*低运行频率，能够使水泵扬程达到要求（璇流井内循环水不会造成在*低的运行功率下导致液位过低而水泵抽真空）。变频器的频率*般在生产的时候达到35-45HZ左右，这样的节能率是非常高的（40%左右），而且恒液位控制大大的降低了操作人员的劳动强度。当由于某种原因造成液位过高时，通过EC20 PLC和数传电台还可以为上*泵站提供信号，实现泵站水系统的连锁控制，保证了正常的生产供水要求，同时也大大地节约了电能（35%以上），为包钢节能降耗工程作了*个典范工程。

附原理图如下:

工程案例