變頻器在涂層生產線供水系統中的應用

1. 概述
涂層生產線中的前處理部分主要用來去除鋁箔表面殘留的油污和雜質，從而增加表面涂層時的附著力，其清洗方式有浸泡式和噴淋式兩種，但無論那種方式其儲液槽的補水過程均為斷續，且部分噴嘴直接與供水管相連，同時由于工藝要求水溫較高(40℃)，在泵的出口還安裝不銹鋼換熱器，故要求供水壓力相對穩定，以保證處理的效果。原供水泵采用全壓供水，由于儲液槽補水量波動很大，使得系統壓力不穩，不得不加大供水泵，而供水泵加大后，系統有時出現超壓多次造成換熱器及供水泵的損壞，從而影響了生產的正常運行，加大了維修成本。故分廠與北京拓思維自動化工程公司合作，在供水系統中采用西門子ECO變頻器閉環控制，不管用水量的大小，通過調節水泵的轉速，保持管網中水壓的基本恒定，保證了供水系統的正常工作。
2. ECO變頻器
ECO變頻器是SIEMENS公司推出的用于風機、水泵等設備調速節能運行的專用變頻器。
其主要特點是：
⑴ ECO變頻器安裝調試容易，維護和運行費用低。由于變頻器的特定功能使其產品的成本降至最小，價格便宜，降低了整套系統的成本。
⑵ ECO變頻器能夠精確地跟隨設定點，可使系統有更好的性能。
⑶ 內置PID調節采用了標準比例、積分、微分控制的閉環過程控制，并為反饋傳感器提供了標準電源。
⑷ 在運行噪聲的控制方面采用了自動開關頻率優化，從而降低電機運行時的噪聲。
⑸ ECO變頻器針對風機、水泵節能運行的需要，設置了能量優化控制程序，為在運行中搜尋最小能量消耗點，自動升高和降低電機電壓。當電機達到穩定點的速度（即加速過程結束時）時通用變頻器即在這個速度下運行，而ECO變頻器此時開始分析電機的功率消耗。然后開始微小地升高或降低變頻器的輸出電壓來搜索最佳頻率，即最低的功率消耗。如果ECO變頻器檢測出在升高電機電壓時，功率消耗增加了，則變頻器的控制策略（能量優化控制程序）就開始降低電機電壓，以搜索最低的功率消耗水平，如果檢測出在降低電機電壓時，功率消耗增加，則升高電機電壓。這樣就可搜尋到效率最高，功率消耗最小點并在此處運行。用這種優化節能程序（典型）可節約2%～5%的額定容量的電能。
⑹　在選擇ECO變頻器時，不能用它驅動額定功率比它大或者額定功率不足其一半的電機，否則會影響變頻器的性能甚至造成損壞。
3. 在前處理供水系統中的應用
為了保持供水系統水壓的基本恒定，需要變頻器根據給定的壓力信號與管網水壓的反饋信號進行比較，以調節水泵的轉速，達到供水、水壓恒定的目的。
3.1　系統組成
系統采用一用一備變頻器恒壓供水系統，即要求一臺水泵供水，另一臺備用，當使用的水泵出現故障或檢修時，另一臺馬上投入運行，不使供水中斷，并要求在變頻器出現故障時，可實現變頻/工頻切換，以保證供水的連續性。
3.2　閉環控制實現和參數調整
在該系統中PID閉環控制的實現和參數調整是整個系統準確控制和穩定運行的關鍵， 在工業應用中，閉環控制被廣泛用于各種過程的控制，一個簡單閉環控制就是通過對來自過程傳感器（溫度、壓力、速度等）的反饋信號和期望的給定值進行比較，獲得一偏差信號，然后對偏差信號進行處理并用于控制變頻器和電機以減少這一偏差。
由于在系統中的延遲，偏差信號的處理可能是非常復雜的，通常偏差信號的處理采用了比例、積分和微積分（PID）的計算方法，通過對這些參數的調節，來優化系統的性能和穩定性。一旦完成系統的設置，就能實現穩定的、有效的和精確的控制。在ECO變頻器里已包含有一個標準的PID控制功能，只需要連接一個合適的反饋傳感器并對P201至P220的參數進行設置就可以實現這種控制功能。 　　
　　典型需調整的參數主要有：
　　P006　設定值來源選擇 P007　控制方式選擇
　　P012　電機最小頻率 P201　PID使能控制
　　P202　Ｐ比例增益 P203 I積分增益
　　P204　Ｄ微分增益 P205　積分作用時間標點
　　P211　反饋量程最低點標定 P212　反饋量程最高點標定
　　其中：P202和P203、P205需多次調整，以獲取控制的最佳點。
3.3　系統特點
①采用ECO變頻器PDI閉環控制，供水系統壓力保持相對穩定，從而保證涂層鋁箔表面清洗效果。
②由于該系統避免了供水壓力超限，使供水泵及出口的換熱器工作在正常壓力狀態，延長了設備壽命，降低了維修成本。
③西門子的ECO變頻器能夠精確地跟蹤設定點，提高了控制系統的性能，給出了標準的PID調節功能，可方便地實現閉環控制。
④ECO變頻器具有RS480串行通訊功能，其采用USS通訊協議，其遠程控制能力能夠達到31臺設備，從而便于組網和遠程通訊。
4. 結束語
在涂層線前處理供水系統中采用西門子ECO變頻器加PID運行的閉環過程控制，不但保證了供水系統的壓力，滿足了工藝要求，還提高了系統運行的可靠性，降低了維修成本和電能消耗。該系統已穩定運行了兩年， 效果十分理想。