变频器内置PID功能在合介泵恒压供料中的应用

变频器内置PID功能在合介泵恒压供料中的应用

马   宁

（邢台金牛玻纤有限责任公司，河北 邢台  054201）

摘要：针对洗煤生产中恒速泵与手动阀门调节流量方式等的弊端，本文利用变频器内置PID功能，对合介泵的变频调速和供料进行改进，实现了混料桶液位保持稳定的较好效果。

关键词：洗选厂恒压供料合介泵变频调速PID控制

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引言

传统的介质泵全频50Hz满负荷运行并通过出口阀门调节介质流量的供给方式，已不能满足连续、恒压的生产要求，造成旋流器入料波动，从而干扰洗选指标的完成。

1.采用变频器控制的主要原因

(1) 采用的变频调速是以混料桶液位变量为前提，稳定合介桶液位。变频器PID闭环控制系统，可以在不同煤量与煤种的不同用水流量条件下，输出相应频率，以改变水泵转速。当实际液位与目标液位相差较大时，电机输出频率高；相差较小时，输出频率小。达到了变频器“因需而供，因差而变”的目标。

(2)合介泵启动时，电机频率逐渐升到预定值，不会直接工频运行。有效降低了电机的启动电流，减少对电网的冲击和干扰，也避免影响或损坏其他用电设备的使用。同时，随频率的提升，管道水流压力也随之升高。这就避免了启动时强水流冲击造成的管路、仪表、阀门、法兰等的损坏，同时因设定了停机时间，有效降低停泵时水锤的冲击。

2.合介泵变频调速恒压供水系统的结构组成和原理

合介泵变频调速恒压供水系统，采用较简单的变频器内置PID 控制功能，是典型的闭环反馈调节自动控制系统。主要由合介泵变频器、压力传感器、合介泵电机、智能仪表和现场控制箱等组成。通过变频器本身的PID调节功能，控制混料桶的液位；通过混料桶液位压力变送器的实时反馈信号，与合介泵变频器的闭环液位调节功能，实现对混料桶液位的实时补充，确保混料桶液位稳定在一个合理的液位水平。用以保证重介主洗旋流器的压力稳定，确保洗选指标的可控，进而降低洗选环节中不合格产品、浪费介质等异常现象的发生。同时，通过改进液位信号的传输方式，既保证了集控系统对其实时监控，也保证了液位信号的实时反馈，稳定了混料桶液位。

远传压力变送器采用管道式压力变送器，通过其内部的感应部件实时检测管道流量压力，并将料管网水压信号（液位信号）转换成电流信号输送至现场智能仪表进行现场显示和判断，将其液位信号与混料桶运行信号闭锁，并在液位低于一定程度时，系统停车报警，禁止混料泵电机运行。从而减少空转情况发生，降低了设备的不必要磨损。

当混料桶液位上升至一定高度时，经人工现场确认混料泵和合介泵无堵塞风险后运行。同时，现场智能仪表将压力变送器反馈的液位信号，远程传送至合介泵的传动变频器；变频器接受信号后，再将传来的电流信号和已设定的桶液位压力信号进行比较。经变频器内部PID运算输出信号，控制合介泵变频器输出频率，从而调节合介泵的运行转速，保证混料桶合介供水系统中混料桶液位的稳定。

同时，将合介泵变频器启动信号与混料泵启动信号进行闭锁。开车时，由岗位司机现场确认启动条件后，手动开启合介泵，变频器的上、下限频率信号仅作为PID闭环反馈调节控制系统的基础参数。启动后，由于合介泵变频器运行频率与混料桶液位成反比关系，从而实现快速稳定液位的功能[1]。

3．系统的硬件电路

系统控制的主要硬件，包括现场控制按钮箱和配电室变频柜控制两部分。

3.1现场按钮箱部分

现场按钮箱改造后，利用原有合介泵和混料桶自有的电气控制系统，在不用更换主要控制电缆、按钮箱等的情况下，实现了频率显示、电流保护、电源信号隔离、启停操作、PLC控制、电源信号、运行信号和故障信号显示等功能。现场压力传感器采用100 kPa、两线制、4-20mA标准变送器。智能数显表采用常见的XMT-608B、IN:4-20mA、OUT:4-20mA仪表，电机采用原有普通三相变频异步电机。

3.2变频柜控制部分

采用丹佛斯VLT6275变频器。该变频器的磁通矢量控制方式，调速范围大，可达0.5-60Hz；具有PID调节功能。因此，无需再另配置PID调节器。柔性PWM波形输出，电机运行噪声低；并有中文版参数设置单元，可方便写入各项参数，而且显示窗口可以监视运行状态（如输出频率、电流、电压、转矩）。柜内增加现场启停按钮和加减速按钮辅助信号继电器，向现场按钮箱输出运行、故障反馈和频率信号，增加了对主回路电压和电流互感器。

合介变频调速恒压系统，将现场按钮箱的远程启动和停止，通过变频器实现了软启动和软停。同时，由于做了应急工频运行的设计，当变频控制回路出现问题后，可以较方便地切换至紧急工频运行状态，从而做到确保工频和变频两个回路不同时接通[2]。由主回路电流互感器和电压表送至数显智能表，显示电机运行时的电流和电压，以监控合介泵电机负载情况。

4．PID调试和控制

PID控制具有使用方便、适应性强等优点。在利用 PID进行系统调节控制

中：P值是解决幅值震荡的，增大比例系数，可加快系统的响应；I值是消除静态误差的，增大积分时间，有利于消除静态误差，使系统的稳定性增加；D值是解决动作响应的速度快慢的，增大微分时间，有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，增加稳定性。

在合介泵恒液位供水过程中，合介泵给混料泵补水的时间、补水量不是特别明确，仅基于一简单变量混料桶液位来判断。因此，采用变频器PID闭环控制是合适的选择。

系统调试的关键在于，正确设置变频器的各项工作参数，参数的合理设定直接决定了系统运行的稳定性和实时性。因为，之前系统没有较有用的参考数据。因此，参数的调整只能通过现场实验的方式。除了要设置变频器一般参数（如电机各项额定参数、启动频率、最大频率、启动频率等）外，还必须设置与PID功能相关的各项参数。分别是PID使能、比例常数、积分常数、微分常数、V/F模式、给定频率范围等，并遵循先比例、后积分、再微分，从小到大的原则进行调试。

5．效益分析

稳定了混料桶液位，确保了主洗旋流器的压力稳定，间接确保了旋流器的分选效果，稳定了生产工艺指标，提高了产品合格率方面及减轻现场职工工作强度方面。

实现了对合介泵运行频率的稳定控制，降低其运行频率约5Hz左右，年度节约电能消耗90 kW×节约效率0.1×16 h×350天×电费0.58=2.9万元。降低岗位人工约0.5人，年度节约工资支出0.5×3000元×12月=1.8万元，每年可减少调节阀1个2万元。综上，年度直接经济效益可节约资金6.7万元。

6．结束语

设定和调节变频器内置PID功能时，只要参数设置合理，调试并不困难，运行效果也较理想。与一般的变频恒压供水系统相比，省去了PID调节器，系统简捷。在合介补充水量小，电动机低速运行时，电动机功率因数高，因而具有明显的节能作用。

总之，变频调速技术用于水泵液位控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。其PID控制功能．具有使用方便、控制质量高等特点，有助于系统实现恒压供水目的。

参考资料：

[1]  张文修.供水的电气控制与节电[J].电气时代.1995(8)

[2] 姜 平. 变频器工频切换电路改造实例[J].电世界.2017.58(8)

[3] 彭旭昀.一种基于变频器PID功能的PLC控制恒压供水系统[J].机电工程技 术, 2005 ( 10)

作者简介：马宁(1996-),男,汉族,河北省邢台市人,机械助理工程师,本科。现在冀中能源股份有限公司邢台金牛玻纤有限责任公司工作。HYPERLINK "mailto:1053592538@qq.com"

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