系统工程论文空压机变频恒压供气控制系统的设计(2)

针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述对比分析，本人认为可应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。

具体的控制系统流程图如图1所示。

变频与工频电源的切换电路如图2所示; 空压机电控原理图如图3所示;变频调速控制系统接线图见图4。

5 系统元器件的选配及系统的安装与调试

5.1 元器件的选型

(1) 变频器

LS-10型固定式螺杆压缩机电机型号:LS286TSC-4，功率22kW，频率50Hz，额定电压380V，额定电流42A，4极，转速1470r/min，我们选用一台“台达牌”VFD300B43A型变频器。因为LS-10型空压机是一种大转动惯量负载，因此选用加大一级变频器(30kW)，变频器的外部接线如图5所示。

a) 变频器的主要参数

l 输出:最大适用电机输出功率30kW，输出额定容量45.7kVA，输出额定电流60A，输出频率范围0.10~400Hz，过载能力为额定输出电流的150%，运行60s，最大输出电压对应输入电源。

l 输入:3相，380~460V AC，50/60Hz，电压容许变动范围±10%，频率容许变动范围±5%。输入电流60A，采用强迫风冷。

(2) 该变频器的主要特点:

a) 采用了新一代电力元件IGBT作为驱动交流电动机的核心元件，应用高速微处理器实现正弦波脉宽调制(SPWM)技术，具有无传感器矢量控制及电压/频率(V/f)控制。

b) 配有RS-485接口，可与计算机联结，构成计算机监控、群控系统。

c) 自动转矩补偿。 e) 禁止电机反转。

d) 自动调整加减速时间。 f) 带过载(过热保护)。

(2) PID智能控制器

兰利牌PID智能控制器一个，型号:AL808，单路输入、输出，输出为4~20mA模拟信号，测量精度0.2%，厂家:深圳市亚特克电子有限公司。

(3) 压力变送器

压力变送器一个型号:DG1300-BZ-A-2-2，量程:0~1Mpa，输出4~20mA的模拟信号。精确度0.5%FS。厂家:广州森纳士压力仪器有限公司。

5.2 系统的安装与调试

(1) 安装

控制柜安装在空压机房内，与原控制柜分离，但与压缩机之间的主配线不要超过30m。控制回路的配线采用屏蔽双绞线，双绞线的节距在15m以下。另外控制柜上装有换气装置，变频器接地端子按规定不与动力接地混用，以上措施增强了系统的稳定性、可靠性。

(2) 调试

a)变频器功能设定

00-09设定为00(V/f电压频率控制)

01-00最大操作频率:设定为50Hz(对应最大电压380V)

01-01最大频率:设定为50Hz(等于电机额定频率)

01-07上限频率:设定为48Hz

01-08下限频率:设定为40Hz

01-09第一加速时间:设定为10S

01-10第一减速时间:设定为10S

02-00设定为02，即由外部4~20mA输入(ACI)

02-01设定为01:运行指令由外部端子控制

02-02设定为00(以减速制动方式停止)

02-04设定为01:禁止反转

02-07设定为00:ACI断线时减速至0Hz

06-04设定为:150%(过载保护)，其它功能遵照变频器出厂设定值。

b) PID参数的整定

由于用于控制变频器，根据在不允许输出信号频繁变化的应用系统中应选择PI调节方式原则，因此只能采用PI调节方式，以减少对变频器的冲击。

在对PID进行参数整定的过程中，我们首先根据经验法，将比例带设定在70%，积分时间常数设定在60s;为不影响生产，我们采取改变给定值的方法使压力给定值有个突变(相当于一个阶跃信号)，然后观察其响应过程(即压力变化过程)。经过多次调整，在比例带P=40%，积分时间常数Ti=12s时，我们观察到压力的响应过程较为理想。压力在给定值改变5min左右(约一个多周期)后，振幅在极小的范围内波动，对扰动反应达到了预期的效果。

(3) 调试中其他事项

从图4可以看出，整套改造装置并不改变空压机原有控制原理，也就是说原空压机系统保护装置依然有效。并且工频/变频切换采用了电气及机械双重联锁，从而大大的提高了系统的安全、可靠性。

我们在调试过程中，将下限频率调至40Hz，然后用红外线测温仪对空压机电机的温升及管路的油温进行了长时间、严格的监测，电机温升约3~6℃之间，属正常温升范围，油温基本无变化(以上数据均为以原有工频运行时相比较)。所以40Hz下限频率运行对空压机机组的工作并无多大的影响。

6 结束语

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