1、武鋼硅鋼廠空壓機壓力閉環變頻調速系統的設計彭昌葆丁鋼武鋼硅鋼廠是武鋼一米七工程之一，硅鋼廠空壓機站是70年代國內首家從日本引進的具有當時世界先進水平的大型空壓設備，它采用活塞式空壓機進行空氣壓縮，其制造工藝極其復雜，設備非常昂貴，同時它為全廠提供壓縮空氣，其地位又非常重要。但經過多年的長期運行，電氣設備老化嚴重，各種能耗非常之大，工作條件極其惡劣，繼電器損壞較多且無備品，空壓機頻繁起停，嚴重影響空壓機的使用壽命。因此在1996年5月利用中修(12d)時間，對原系統進行了改造，采用當今計算機控制技術和變頻技術，引入PLC閉環控制和變頻控制，提高了控制系統精度，并使該空壓機站的控制系統達到先進水平

2、。1控制系統方案的確定及配置1.1方案的確定(1)原空壓機站存在的問題.原系統采用開環控制，不能保證控制精度。.當輸出壓力大于0.7MPa時，自動打開泄載閥，使異步電動機空轉，嚴重浪費能源。.繼電器損壞較多且無備品，嚴重威脅生產。.輸出壓力的調節是靠人為調節開度的大小來實現的，勞動強度大，調節速度慢，波動大，不穩定，精度低。.異步電動機易頻繁起動、停止，影響電機的使用壽命。工作條件惡劣，噪聲大。(2)工藝提出的新要求.空壓機出口壓力必須控制在0.05MPa內。.在輸出壓力大于0.7MPa時，自動關閉泄荷閥。.為了使新老系統雙重化運行，在設計時要考慮新老系統的切換控制。.增加油壓、水位、空氣壓力

3、的綜合報警功能。(3)現場的實際工作情況和全廠備品備件的統一考慮。(4)確定方案由于硅鋼廠空壓機站改造是國內首次在這個領域的改造，無借鑒經驗可循，如何滿足特殊的硅鋼工藝要求及解決現存問題是這次改造的關鍵。我們提出改造方案為電氣控制部分和壓力閉環均采用PLC控制，電機采用變頻器控制。這套方案不僅用PLC取代繼電器，提高控制系統可靠性，而且壓力閉環的引入，也提高控制系統的控制精度；電機用變頻器控制，延長了電機的使用壽命，還降低了能耗，因此實現了低投資高產出的目標。1.2系統配置改造后系統由FRN132P7-4變頻器、1151GP型壓力變送器、MODICON 984-120PLC組成，如圖1所示。圖

4、1系統框圖2空壓機站變頻系統的工作原理及特點2.1磁通控制式正弦波PWM控制的逆變器工作原理磁通控制式正弦波PWM逆變器的結構與GTR-SPWM逆變器的結構完全相同，不同的是GTR導通和截止的工作模式不同。在實際工作中，為了不使一橋臂的上下管同時導通而發生逆變器的短路，需要設置延時電路。然而延時時間的存在，給逆變器帶來新的問題，使逆變器產生誤差電壓。這種誤差電壓特別是在低速運行或切換頻率較高時，對逆變器影響更大，致使導步電動機在低速時存在轉矩脈動，旋轉不均勻，甚至在某些特定頻率區域引起電流的不穩定，造成系統振蕩。為此，采用磁通控制式正弦波PWM控制方式。它不是按照調制正弦波和載波的交點來控制G

5、TR的開通和關斷，而是始終使異步電動機的磁通接近正弦波，旋轉磁場的軌跡是圓形來決定GTR的導通規律，從而可以補償誤差電壓造成的影響，在很低的頻率下，保證異步電動機在低速時旋轉均勻，從而擴大了變頻調速系統的調速范圍，抑制了異步電動機的振動和噪聲。圓形旋轉磁場的實現，是通過檢測磁通，控制環節隨時判斷實際磁通超過誤差范圍與否，來改變GTR的工作模式，從而保證旋轉磁場的軌跡呈圓形。2.2FRN132P7-4富士變頻器的組成及其特點富士變頻器主要由以下幾個部分組成：主電路、保護電路、計算機數字控制電路、數字顯示和故障診斷電路、數字與模擬輸入、輸出電路等組成。它的特點是：轉矩脈動小；電磁噪音低；具有數字顯

6、示和故障診斷。3控制系統軟件的實現控制程序框圖如圖2所示。空壓機站控制系統分為手動和自動兩種工作方式。當系統準備條件就緒時(無故障、冷卻水壓力0.2MPa，卸荷閥關閉、潤滑油壓力0.15MPa)，即可啟動運行。在運行過程中，輸出的空氣壓力控制在0.60.7MPa范圍內。若輸出的空氣壓力大于0.7MPa時，計算機發出報警且自動關閉卸荷閥，使空氣壓力下降，當空氣壓力下降到0.6MPa時，系統就自動啟動升壓；若輸出的空氣壓力低于0.6MPa且頻率小于等于23Hz時，系統故障停車并切換到老系統工作。圖2控制程序框圖空壓機站控制系統的閉環是利用軟件中的PID2功能塊來實現。定義PID2中的一個期望的控制

7、點，稱為設定點(SP)，相對于SP而得到的測量值稱為過程變量(PV)。SP與PV的差值即偏差(E)。它將偏差(E)饋送到控制算法中就產生操作變量(MV)，來調整被控過程使PVSP，使偏差(E)0。在現場的實際調試過程中，筆者是通過現場一次壓力儀表(010V)采集現場的壓力。將壓力信號再送到PLC的模擬量輸入模塊30001的點上，通過一個減法器，使30001上的內容送入寄存器40113，再通過PID2功能塊與寄存器40101的設定值進行比較，進行PI運算，使偏差(E)0。寄存器40102再通過一個減法器將信號送到寄存器40500，由寄存器40500輸出010V的電壓，控制變頻器的正常工作。4結束語武鋼硅鋼廠空壓機站的改造，是利用設備定修時間來完成。通過采用緊湊型PLC和小型變頻器，降低了成本，引入新老切換裝置，確保了系統可靠運行。壓力閉環的投入，使控制精度大大提高，更加節約能源，此次改造使操作工的勞動強度更加減小，工作環境得到進一步改善，設備故障率進一步下降，從而保證了設備的正