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基于內(nèi)置PID模塊變頻控制的設(shè)計與應用

2021-10-21 08:50:27鄒蕾李麟肖浩朱靳姜錦飛
科技信息·學術(shù)版 2021年14期
關(guān)鍵詞:泥水內(nèi)置變頻

鄒蕾 李麟 肖浩 朱靳 姜錦飛

1.課題背景

在項目的實施過程中,有時出現(xiàn)在驗收消缺的階段,電廠或業(yè)主可能會提出電機控制方式更改為變頻方式。如果在通過重新敷設(shè)控制電纜、更新卡件備用點、并更改上位機邏輯程序,施工難度較大,費用較高。因此考慮是否有更合理的解決方法,既滿足施工實際可行性,又可以解決電機變頻調(diào)節(jié)的需求,同時優(yōu)化成本。

欲使變頻系統(tǒng)中的某一個物理量穩(wěn)定在預期的目標值上,變頻器的 PID 功能電路將反饋信號與目標信號不斷進行比較,并根據(jù)比較結(jié)果來實時地調(diào)整輸出頻率和電動機的轉(zhuǎn)速。所以,變頻器的 PID 控制需要兩種控制信號:目標信號和反饋信號。這里目標信號是某物理量預期穩(wěn)定值所對應的電信號,亦稱目標值或給定值;而該物理量通過傳感器測量到的實際值對應的電信號稱為反饋信號,亦稱反饋量或當前值。項目課題北京為基于內(nèi)置PID模塊變頻控制的設(shè)計與應用。

項目資金使用情況,該項目預算資金資金總額 3萬元,共計使用 0萬元,在國能諫壁電廠泥水改造項目中完成試驗驗證。

2.研究目標

在過程控制中,為了保證被調(diào)量在可控范圍內(nèi),例如壓力或液位,方法就是采用閉環(huán)控制。閉環(huán)控制就是通過傳感與檢測元件把被調(diào)量的實際值測量出來,將它的全部或一部分反饋給輸入端,和給定量進行比較,判斷是否達到預定值。如尚未達到,則根據(jù)兩者的差值進行比例(P)、積分(I)、微分(D)運算,進行補償,使之產(chǎn)生一個新的執(zhí)行量,從而達到預定值。

PID控制是利用PI控制和PD控制的優(yōu)點組合而成的控制。由比例(P)和積分(I)組成的PI控制,能根據(jù)偏差及時間變化,產(chǎn)生一個執(zhí)行量。而由比例(P)和微分(D)組成的PD控制能根據(jù)偏差變化的動態(tài)特性及偏差的變化速率產(chǎn)生一個執(zhí)行量。

主流變頻器內(nèi)置有PID控制功能,給定信號通過變頻器控制端子輸入,反饋信號也加到變頻器的控制端,在變頻器內(nèi)部進行PID運算,調(diào)節(jié)執(zhí)行量用以改變輸出頻率。因此考慮采用變頻器內(nèi)置PID模塊,采集到壓力或液位信號后,輸入至變頻器內(nèi)置模塊,經(jīng)設(shè)定算法計算后內(nèi)部輸出信號作為指令直接給變頻器對電機進行調(diào)速??梢暂^好的解決電機變頻調(diào)速需求,避免了重新安裝等施工工作量。

3.試驗方案

諫壁電廠泥水改造項目中,泥水加藥泵為2.2KW兩臺,加藥泵給脫水機加藥用使泥漿可以快速聚攏,位置位于脫水樓二樓??紤]功率負荷較小,且無特殊頻率控制要求,按普通電機回路考慮,并訂購就地箱及電纜,相應DCS程控柜監(jiān)測及遠控信號均為數(shù)字量信號。

進入到現(xiàn)場調(diào)試階段后,電廠提出考慮加藥量的微細調(diào)節(jié)及加藥量的跟蹤特性,泥水加藥泵需按照變頻方式,如果兩臺加藥泵按照增加模擬量電纜、增加DCS程控柜卡件以及上位機編程組態(tài)等工作量計算,需要耗費訂購時間,增加成本,還需協(xié)調(diào)敷設(shè)安裝單位與DCS控制廠家等進行軟硬件改造。

綜合考慮,ABB ACS系列變頻器,帶有內(nèi)置PID控制功能,將PAM加藥給定信號通過變頻器控制端子輸入,在變頻器反饋信號也加到變頻器的控制端,在變頻器內(nèi)部進行PID運算,調(diào)節(jié)執(zhí)行量用以改變輸出頻率給泥水加藥泵。在節(jié)省周期成本的同時,可以較好的滿足電廠加藥泵電機變頻調(diào)速需求。

4.試驗結(jié)論

通過現(xiàn)場研究,采用ABB ACS系列變頻器的PID功能,使之能夠?qū)o定量與反饋量進行內(nèi)部比較進行PID運算,并自動輸出頻率信號至需調(diào)節(jié)水泵,滿足加藥泵等頻率轉(zhuǎn)速調(diào)整要求;在對比硬接線模擬量電纜傳輸至PLC或DCS上位機進行遠程監(jiān)控的方式,采用變頻器自身內(nèi)部所帶的PID內(nèi)置模塊,對需要變頻控制的水泵進行調(diào)節(jié),節(jié)約了實施工期,優(yōu)化了成本,提高了變頻調(diào)節(jié)的效果。

通過以上兩種方式比較發(fā)現(xiàn),兩種方式成本費用表如下:

第一種方式第二種方式序號名稱費用(元)序號名稱費用(元)1模擬量信號電纜100001變頻器內(nèi)部PID模塊02PLC或DCS控制(涉及軟硬件)150003敷設(shè)安裝50004調(diào)試費用30005.總結(jié)

將ABB變頻器內(nèi)置PID模塊給水泵作為變頻控制使用,避免了重新敷設(shè)安裝電纜、PLC或DCS增加卡件,上位機軟件改造變成等,也節(jié)省了施工周期,優(yōu)化了成本,更有效地達到變頻控制需求。后續(xù),在其它系統(tǒng)大功率水泵功能需求的同時,也可借鑒與參考。減少施工周期,優(yōu)成本,電機高效精細調(diào)節(jié),是本課題的研究關(guān)鍵。

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