AI仪表在软化水装置供水系统中的应用

2010-11-17 15:49:13来源: 互联网 关键字:工频  闭环控制  自整定  恒压  变频调速

一、概述

    随着现代电力控制技术的发展,以变频调速为代表的应用技术日趋成熟和普及。在现代企业的生产中,变频调速供水技术以其节能、安全、供水品质高等优点,得到了广泛的应用。变频调速恒压供水系统可以实现水泵、电动机无级调速,依据用水量的变化(实际为供水管网上的压力变化)自动调节系统的运行参数,当用水量发生变化时仍保持水压恒定以满足用水要求,是目前先进、合理的节能型供水系统,是企业降低能耗、节约成本的有效途径,也是连续性流程工艺生产的重要保证。某大型炼化企业由于工艺生产的连续性和复杂性,装置生产用水要求硬度低,水压稳定且不间断,但由于受到环境的制约,水资源匮乏,水质硬度较高,不能满足生产用水要求。因此,该厂设置软化水装置,对水质进行软化处理,并设计应用变频调速技术,由AI智能调节器、智能继电器、变频器、多台供水泵交替工频/变频自动切换运行,最终实现了恒压供水、生产顺畅、降低能耗的目的。

二、AI仪表选型

    在本系统中仪表的作用是输出信号调节变频器频率的大小,因为压力是快速变化的物理量,对仪表的整体性能有很高的要求,所以选用宇电AI-808型人工智能调节器,具体型号为AI-808AI4X3L2L2。

    AI智能调节器具有模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。在误差大时,运用模糊法进行调节,以消除PID饱和积分现象;当误差减小时,采用改进后的PID算法进行调节,并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。其具有无超调、高精度、参数确定简单,对复杂对象也能获得较好控制效果等特点,其整体调节效果比一般的PID算法更明显。

三、系统控制原理和工作过程

    本系统采用1控3方式,即1台变频器控制3台水泵。工作时,管道上的压力由传感器测量,并将压力信号转换成标准电流信号,作为反馈信号输入AI调节器,经过内部PID调节处理后产生输出信号到变频器控制泵转速,由智能继电器执行逻辑控制,保证供水压力恒定。根据需要将该系统设计成三种运行状态:手动开停工频运行、变频自动恒压闭环运行、手动变频运行。

(1)其他硬件介绍: LOGO!230RL为西门子通用逻辑控制模块。它具有体积小、编程简单、功能强大的特点。230RL可提供12点开关量输入,8点继电器输出的端子接口。每个继电器输出端口的最大电流可达8A。LOGO!230RL模块具有很强的逻辑控制和运算功能,这些功能以功能块的方式应用。基本功能块有与门、或门、非门、与非、或非及异或门。同时还提供特殊功能块,如接通延时、断开延时、脉冲继电器、时钟脉冲发生器、加减计数器等。因此,它既可以作为PLC,又可以作为智能继电器以实现复杂的逻辑继电控制。

    Simovert MasterDriver VC 变频器是西门子新一代矢量控制变频器,采用全数字技术控制,交流传动采用IGBT电压源变频装置,具有很高的变频范围。Simovert MasterDriver VC提供标准功能,如手动/自动设定,自动重起动功能等。通过操作面板对系统不同级别的参数进行设置实现丰富的功能。变频器面板还有手动电位器旋钮,直接控制变频器的输出。该变频器被广泛应用于现场自动控制,使传动系统的工作效率和可靠性得以提高。

(2) 控制原理:一般情况下水泵转速按工频运行时速设计,运行时供水量基本固定不变。根据水泵消耗功率与转速的关系式N=Kn3(其中N为水泵消耗功率,n为水泵运行时的转速,K为比例系数),采用恒转矩调速方式,连续改变电机的驱动电流频率,可以平滑改变其转速,从而达到改变水泵消耗功率的目的。实际生产中软化水需求量随装置生产变化时,其管道上的水压也随之改变,可通过压力传感器测出实时变化量送入调节器作为压力反馈信号,与工艺设定压力信号进行比较后,经调节器内部PID计算调节输出到变频器控制水泵转速,实现闭环控制管网压力恒定。

(3)工作过程

    正常情况下,系统为主泵变频闭环工作。当供水压力低于工艺设定值,且单台泵无法满足工作需要时,由LOGO!230RL自动起动辅助泵工频运行,主泵仍变频运行;若供水压力高于工艺设定值,辅助泵变频工作,主泵停止运行,以此达到闭环恒压供水控制。当变频系统出现故障时,可以自动停止运行该系统,同时投用备用工频泵。其控制系统图为:

    图中L为交流电抗器,P为压力变送器,AI为调节器。系统运行方式包括工频手动运行和变频运行两种,其中工频手动运行适用于变频器检修期,而变频运行适用于正常工作状态,两种运行方式由切换开关SA1及LOGO!230RL控制。变频运行方式的两种工作状态:

    变频自动恒压闭环控制:将切换开关SA2置于“闭环”位置,系统控制变频器循环启停M2泵、M3泵,压力变送器P将管道压力转化为标准4~20mA电信号送至调节器,作为调节器压力反馈信号与仪表的压力设定值进行比较后,经仪表PID运算输出控制信号,控制水泵转速。当变频系统出现故障时,可以自动停止运行该系统,同时投用备用工频泵M1。当SA1置于“自动”,SA2置于“闭环”侧时,系统处于变频自动恒压闭环控制运行。LOGO!230RL输出端Q1输出接通,中间继电器KM4吸合,经延时后LOGO!230RL 的Q8输出接通,变频器投入运行。此时M2泵在变频器控制下维持恒压闭环控制,系统在设定压力下工作。当单泵供水压力不能满足压力要求,即压力反馈信号持续低于设定值一段时间(由AI仪表下限报警给出信号,LOGO!230RL计时),LOGO!230RL自动将M3泵接通变频器,此M3泵在仪表控制下进行闭环控制。如果M2泵在工频,M3泵变频同时工作一段时间后,如实际压力超出设定压力,M3泵持续降低转速至控制下限仍无法达到设定值。则LOGO!230RL控制自动断开M2泵工频工作,由M3泵持续变频工作。顺序起停M2泵和M3泵在工频和变频运行状态,从而闭环控制输水压力,保持供水恒压。

    变频手动运行:系统还可以手动调节变频器输出。将SA2开关置于“开环”侧,变频器只控制M2,转速由人工调节电位器进行调节,M3泵不投入运行。如变频系统出现故障后,LOGO!230RL自动投运备用泵M1。

四、AI仪表的调试

    AI仪表的控制效果直接影响整个系统的正常运行。在没有经验控制参数的时候,为了达到最佳的控制效果,仪表要进行PID自整定,但一般的调节仪表在自整定时的调节状态是位式控制,输出量要么最大要么最小,在本系统中调节输出大幅变化是不允许的。AI-808调节器具有手动自整定模式可以很好的解决这个问题,具体操作是:把仪表切换到手动输出状态,通过仪表的△ ▽键调整输出量,使测量值尽量和设定值保持一致,然后在这个状态下启动自整定,这样仪表的输出值将限制在当前手动输出值的±10%范围内,从而避免出现输出值的大幅变化。在多数情况下,自整定一次就可以使获得满意的控制效果。如果控制有偏差时,可以通过微调M5、P、T参数来修正。主要参数设置:HIAL:上限报警。LOAL:下限报警。Df:回差(死区、滞环),用于避免因测量输入值波动而产生报警频繁动作。Ctrl:控制方式,采用AI人工智能调节/PID调节,Ctrl设置为4。M5:保持参数,主要决定调节算法中的积分作用,和PID积分时间类似,M5越小,系统积分作用越强。M5=0时取消积分和AI人工智调节,成为PD调节器,经验参数为4。P:速率参数,与每秒内仪表输出变化100%时测量值时应变化大小成正比,P=1000/每秒测量值的升高单位值(系统以0.1定义为一个单位),经验参数为5。T:滞后时间,t越小,则比例和积分作用均成正比增强,而微分作用相对减弱,但整体反馈作用增强:反之,t越大,则比例和积分作用均减弱,而微分作用相对增强经验参数为1。Ctl:输出周期,反映仪表运算调节的快慢。Sn:输入反馈信号类型。OPT:输出方式,设置为4。CF:系统功能选择,可以选择系统的调节方向。

五、结语

    该系统安全可靠,高质量地保障了软化水的平稳供给,同时大大减少了用电量,达到了预期的目的。正常时只需两台泵交替变频运行,从而改变了以前三台供水泵同时运行的现象,直接的经济效益可观。

关键字:工频  闭环控制  自整定  恒压  变频调速

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/1117/article_3595.html
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