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淺談變頻器在各類機械上的應用
1.概述
長期以來，墻、地、磚、及化工工廠普遍采用球磨機研磨陶瓷原料，它一般采用簡單的工頻控制，易造成物料的過度研磨，所需研磨周期較長，研磨效率較低，單位產品功耗較大，啟動電流大，對設備和電網的沖擊很大，機械設備的生產維護量也大，而且電的損耗量相當驚人，這必然會給生產廠家帶來很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費，所以隨著社會經濟的發展及企業生產規模的擴大，直接工控球磨機的弊病已暴露無遺，并嚴重地阻礙了各工業企業快速發展。這就促使人們去研制啟動平滑、研磨效率較高、產量大、能耗低的球磨機——變頻控制球磨機。
2.主要構造
陶瓷工業球磨機主要由傳動裝置、筒體裝置、加料裝置、卸料裝置及電氣控制裝置等組成。
3、傳動裝置
陶瓷工業球磨機裝載量大，所需動力消耗也很大，因此陶瓷工業球磨機通常采用1 至2臺幾百千瓦的大功率電動機通過液力偶合器共同驅動硬齒面圓柱齒輪減速機，再經一對齒輪傳動或皮帶輪等驅動筒體旋轉，從而達到研磨物料的作用。3工作原理： 球磨機由給料部、出料部、回轉部、傳動部（減速機、小傳動齒輪、電機、電控）等主要部分組成。陶瓷工業具有一個水平放置的筒體，筒體被隔板(鉆有許多小圓孔的圓板——篩板)分成3～4個研磨腔，每個研磨腔內裝有一定形狀尺寸的研磨體，筒體旋轉時，物料和研磨體等在摩擦力和離心力的作用下被筒體提升到一定高度，然后在重力的作用下沿近似拋物線軌跡落下來沖擊和研磨筒體底部的另一部分物料，并產生一定的軸向運動促使物料研磨和混合均勻。
4、電氣基本控制裝置
陶瓷工業球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動力矩也很大，因此陶瓷工業球磨機通常采用附加啟動電機沖擊啟動或軟啟動裝置來啟動，對電網沖擊大，而且啟動完成后運轉時所需的轉距減小，所以在節約能源方面有很大的空間。
5、改造方案
根據原工況存在的問題并結合生產工藝要求，改造后的球磨機系統應滿足以下要求。
（1） 造后的設備要有足夠的起動轉距，滿足還球磨機裝載量大的要求，并且保證設備在變頻運行狀態下使電機平穩運行，保障電動機具有恒功率特性。
（2） 利用變頻調速控制系統改造原有球磨機拖動系統，滿足球磨機低速時的正常運行，確保正常的工藝控制技量，使球磨機及電動機的使用壽命延長，減少維護。
（3） 改造后的設備能夠實現自動控制，及手動/工頻和故障自切換等功能，并能克服球磨機大慣性引起回升電壓，有效地保證設備的正常運行。
6、變頻器選型
根據上述原則，選擇賽普公司的SAP500G系列變頻器，使系統能夠滿足上述工況要求。
（1） SAP500G變頻器采用磁通矢量PWM控制技術使用權低速負載能力可=達到200%的額定轉距輸出。內置PLC程序控制功能，多種控制，操作方式，齊全的保護功能。
（2） SAP500G變頻器的頻率精度高，數字設定為+0.01%,模擬設定為+0.2%可使運轉平穩滿足設計要求。
（3） SAP500G系列變頻器的過電壓，過電流失速成禁止功能，可使用權變頻器在加、減速過程中發生過電壓或過電流時的頻率維技，至解除過壓，過流時自動再進行加、減速。載波頻率自動調調特性。
7、設備改造后的優越性
（1） 利用變頻調速技術改造了球磨機的拖動系統，滿足了球磨機低速運行、大起動轉距的特點，實現了球磨機的運行速度連續可調。電機起動時無沖擊電流，起動力距足夠，保護功能完善。保證了工藝控制質量、節約了維護成本。
（2） 根據工狀需要，將傳動比改為A 后正常運行時變頻器運行給定頻率設定為B（低于50HZ）運行電壓為C（380V）運行電流為D（小于180A）改造后的系統平均每年耗電E度（C*D*每天工作時間*365）。系統改造前為工頻50HZ，運行電流為180A運行電壓為380V ，平均每年耗電F（90*每天工作時間*365）度。節電率為（1-E/F）%
1.概述
恒壓供水控制系統的基本控制策略是：采用電動機調速裝置與可編程控制器（PLC）構成控制系統，進行優化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時達到穩定供水壓力和節約電能的目的。系統的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發出控制指令，控制泵電動機的投運臺數和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩定在設定的壓力值上。
隨著電力電子技術的發展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發展。作為應用現代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置，隨著產品的開發創新和推廣應用，使得交流異步電動機調速領域發生一場巨大的技術革命。目前自動恒壓供水系統應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術，而系統的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統的數字PID調節功能，可對系統中的各種運行參數、控制點的實時監控，并完成系統運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統具有標準的通訊接口，可與城市供水系統的上位機聯網，實現城區供水系統的優化控制，為城市供水系統提供了現代化的調度、管理、監控及經濟運行的手段。
2.控制方案
在住宅小區水廠的管網系統中，由于管網是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網中壓力最不利點的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關系：
ΔP=KQ2；
式中K—為系數
設PL為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應按下式關系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節能效果。
P=PL+ΔP=PL+ KQ2；
因此供水系統的設定壓力應該根據流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量恒壓供水，即供水系統最不利點的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續可調。
典型的自動恒壓供水系統的結構框圖如圖1所示；系統具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統通過安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，輸入至可編程控制器（PLC）的輸入模塊，信號經CPU運算處理后與設定的信號進行比較運算，得出最佳的運行工況參數，由系統的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設定值，控制泵站投運水泵的臺數及變量泵的運行工況，并實現對每臺水泵根據CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統可根據用戶用水量的變化，自動確定泵組的水泵的循環運行，以提高系統的穩定性及供水的質量。
3.系統功能
3.1自動切換變頻/工頻運行功能
變頻器提供三種不同的工作方式供用戶選擇：
方式0：基本工作方式。變頻器始終固定驅動一臺泵并實時根據其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當變頻器的輸出頻率達到最大頻率時啟動一臺輔助泵工頻運行、當變頻器的輸出頻率達到最小頻率時則停止最后啟動的輔助泵。由此控制增減工頻運行泵的臺數。
方式1：交替方式，變頻器通常固定驅動某臺泵，并實時根據其輸出頻率，使輔助泵工頻運行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動的順序是泵1→泵2，當變頻器輸出停止時，下一次啟動順序變為泵2→泵1。
方式2：直接方式。當啟信號輸入時變頻器啟動第一臺泵當該泵達到最高頻率時，變頻器將該泵切換到工頻運行，變頻器啟動下一臺泵變頻運行，相反當泵停止條件成立時，先停止最先啟動的泵。
3.2 PID的調節功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通過手持編程器)，設定給定壓力值，PID參數值，并通過PLC計算何以需切換泵的操作完成系統控制，系統參數在實際運行中調整，使系統控制響應趨于完整。
3.3“休眠”功能
系統運行時經常會遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)情況，為了節能，該系統專用設置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于其下限時，變頻器停止工作，2＃、3＃泵不工作，水泵停止(處于休眠狀態)。當水壓繼續升高時將停止1泵，當水壓下降到一定值時將先啟動變頻器運轉2＃泵或3＃泵，當頻率到達一定值后將啟動1＃泵調節2?；?＃泵的轉速。
“休眠值”變頻器輸出的下限頻率PR507設置。
“休眠確認時間”用參數PR506設置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時間如小于休眠時間td時，即td＜tn時變頻器繼續工作，當td＞tn時變頻器將進入休眠狀態。
“喚醒值”由供水壓力下限啟動，當供水壓力低于下限值時由PLC發出指令喚醒變頻器工作。
經測試“休眠值”為10HZ。 “休眠確認時間”td:20s “喚醒值”70%
3.4通訊功能
該系統具有計算機的通訊功能，PLC變頻器均提供有RS232或485接口PLC可選用西門子的S7-200計算機可以與一套或多套系統進行通訊，利用計算機同時可以監測：電流、電壓、頻率、轉速、壓力等也可以控制變頻器的各類參數。
此外該系統還具有手動/自動操作，故障報警，運行狀態，電流，電壓、頻率狀態顯示缺水保護等功能。
4.運行特征
以三臺水泵的恒壓供水系統為例，系統在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態，其轉速逐漸升高，當供水量Q<1/3Qmax時（Qmax為三臺水泵全部工頻運行時的最大流量），可編程控制器CPU根據根據供水量的變化自動調節1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1/3Qmax之間時，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量，這時可編程控制器發出指令將1#泵轉為工頻運行，并軟啟動2#泵，使2#泵進入變頻運行工況，2#泵的運行轉速由用戶用水量決定，以保證供水系統最不利點所需的供水壓力。當外需供水量Q為2/3Qmax時，可編程控制器發出指令再將2#泵置于工頻運行狀態，同時軟啟動3#泵進入變頻運行工況，此時3#泵的運行轉速由用戶的用水量確定，以保證供水系統最不利點的供水壓力恒定。
當外供水量減少至1/3Qmax之間時，3#泵的轉速逐漸降至接近于零，此時可編程控制器發出1#泵退出運行指令。在3#泵退出運行后，3#泵的轉速逐漸升高，繼續處于變頻運行工況，其轉速仍由外供水量決定。當外供水量繼續減少至Q<1/3Qmax時，可編程控制器發出2#泵退出運行指令，此時3#泵仍處于變頻運行工況。當外供水量再增至1/3Qmax之間時，3#泵轉為工頻運行狀態，可編程控制器發出1#泵軟啟動指令并使其進入變頻運行工況，如此往復循環以實現系統的恒壓供水。
5.系統經濟效益分析及系統優點
5.1經濟效益分析
變量泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關系如下式： N1/Q1=（n 1/n）3 Q1/Q= n 1/n 式中Q—額定流量，Q1額定流量Q時的軸功率 n—水泵的額定轉速 因額定流量Q=100%時，n=100%，N=100%，若n 1=90%n時Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可節電27.1%。若n 1=80%n時Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節電48.8%。
5.2系統優點
5.2.1恒壓供水技術因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比靠調節閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。
5.2.2由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。
5.2.3因實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。
5.2.4水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統的喘振。
5.2.5由于變量泵工作在變頻工作狀態，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的。由于其節電效果明顯，所以系統具有收回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。
關鍵詞：
一:控制對象:110KW閘門卷揚機。
二:設備參數: 電機功率:110 KW 西門子變頻器MM440-132KW 加制動單元。
三:控制原理:西門子PLC-300，組成與DCS監控通訊連接。并 將閘門雙臂測重，過載保護，與閘門內外水位平壓監測信號，以及閘門內存水水位監測。變頻器根據PLC信號控制其運行速度與提升定位。
四:系統構成：
1、 變頻控制系統原理
配置：GGD控制柜體2200×1000×800
六、變頻控制柜技術參數及性能特點：
1.主要技術參數：
(1)主回路電源：三相五線制。380V+10%。
(2)控制回路電壓：220V
2.系統性能特點：
(1)具備運行方式選擇開關：實現DCS---PLC自動運行和手動運行，由轉換開關轉換，并具有互鎖保護功能。
(2)變頻器外接制動單元與制動電阻，解決閘門下降、制動時再生能量的吸收。本地/遠程--選擇開關：實現本地電位器人工調速。變頻器PID閉環調速方式。
(3)變頻軟啟動：電機通過變頻器啟動，電機電壓采用數字自動斜坡補償技術， 電 機緩步升速時系統機械沖擊小，能顯著延長電控元件及風機機械的壽命。
(4)具有完善的電機，及變頻器自身保護功能：電機欠電壓、再生過壓、過流、過載、短路、過熱保護等。
(5)具有電源電壓、電機電流等柜體儀表顯示功能。變頻器運行工作狀態指示燈顯示功能。并能將變頻器速度和電機運行電流以0—20mA標準模擬量形式傳輸給DCS監控系統。
七.應用體會：
使用西門子變頻器組成閘門控制系統，使閘門上下及定位運行平穩、機械沖擊非常小?？梢院芎玫乜刂菩购樗魉俣燃傲髁?。比過去使用串電阻調速運行更加可靠控制精度更高、更安全。
佛山市鴻賽機電設備有限公司
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