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        基于相角差的隔膜泵同步控制系統(tǒng)設(shè)計

        2014-03-16 05:51:32中國有色沈陽泵業(yè)有限公司
        電子世界 2014年7期
        關(guān)鍵詞:隔膜泵三缸同步控制

        中國有色(沈陽)泵業(yè)有限公司 張 巖

        1.前言

        多臺隔膜泵一起工作時,無論是雙缸雙作用,還是三缸單作用,只要隔膜泵之間的曲柄轉(zhuǎn)速不同,必然會出現(xiàn)瞬時峰值疊加的情況,這就需要控制多臺隔膜泵實現(xiàn)同步運行。如果不采取措施,峰值疊加將導(dǎo)致管路及隔膜泵嚴(yán)重?fù)p壞,釀成事故。針對上述問題,本文提出一種基于相角差的隔膜泵同步控制系統(tǒng),該同步控制系統(tǒng)能夠自動根據(jù)各泵的運行速度與最佳相角進行協(xié)調(diào),從而達到隔膜泵組穩(wěn)定同步運行的目的。

        2.控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

        系統(tǒng)設(shè)計為4臺三缸單作用隔膜泵同步運行,隔膜泵的軸功率為347Kw,隔膜泵的額定沖次為48次/分鐘,選擇電機為變頻電機,電機參數(shù)為:額定電壓380V,額定功率355Kw,工頻轉(zhuǎn)速970rpm,額定電流680A。系統(tǒng)采用觸摸屏控制,所驅(qū)動的隔膜泵數(shù)量為4臺,單泵流量為75m3/h的電機轉(zhuǎn)速設(shè)計值為960rpm,系統(tǒng)根據(jù)各泵的運行速度和最佳相角進行協(xié)調(diào),達到隔膜泵組的同步控制。

        3.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

        隔膜泵同步控制系統(tǒng)硬件原理如圖1所示。隔膜泵同步控制系統(tǒng)是由PLC、變頻器、編碼器等構(gòu)成的閉環(huán)調(diào)速電氣控制系統(tǒng)。通過安裝在隔膜泵驅(qū)動電機上的編碼器來測量驅(qū)動電機的相角,采集隔膜泵的運行速度和實際位置。PLC計算出各泵之間的相角差,并與泵組設(shè)定的相角差進行比較,然后控制變頻器微調(diào)電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)相角差的控制,從而達到多泵同步控制的目的。

        圖1 隔膜泵組同步控制硬件原理圖

        3.1 調(diào)節(jié)時間的確定

        根據(jù)最佳相角峰值分散技術(shù),四臺三缸單作用隔膜泵的最佳相角為60o/4=15o,容許的最大偏差為-4.5o~+4.5o。在最高速度運行情況下,容許的速度偏差對應(yīng)的最大調(diào)整時間為4.5*60*1000/(45*360)=16.67ms。如果在這段時間內(nèi),需要調(diào)整次數(shù)為5次,則每次的調(diào)整時間為3ms左右。

        表1 配置表

        3.2 隔膜泵位置編碼器的選擇

        隔膜泵的位置采用Omron絕對位置編碼器,型號為:E6G2AG6C,分辨率為4096線,采用開路集電極格雷碼輸出。

        根據(jù)所選的位置編碼器,最大偏差所對應(yīng)的編碼器線數(shù)為:4.5/360*4096=51.2pulse。

        最高轉(zhuǎn)速情況下,最短調(diào)整時間內(nèi)的編碼器線數(shù)為:51.2/16.67*3=9.2pulse。

        3.3 PLC的選擇和配置

        具體配置見表1所示。

        其中CPU模塊采用Intel公司的Pentium III500為處理器,具有64MB DRAM,512kB SRAM,可配置擦寫應(yīng)用內(nèi)存Compact Flash,具有1個USB接口,1個RS232接口,和1個Ethernet接口100Base-T。

        PLC與觸摸屏直接采用RS232通訊接口,進行通訊;PLC與變頻器之間采用Ethernet接口100Base-T進行通訊,以達到3ms調(diào)整速度的目標(biāo)。

        3.4 變頻器的選擇

        變頻器選擇瑞典Emotron生產(chǎn)的VFX系列變頻器,該變頻器為直接轉(zhuǎn)矩控制方式,開環(huán)速度精度可以達到10%的額定轉(zhuǎn)差速度,并配置以太網(wǎng)的通訊接口,接受PLC的通訊控制命令。

        4.控制系統(tǒng)的工作過程描述

        4.1 初始位置

        當(dāng)控制系統(tǒng)得到外部起動命令后,將根據(jù)當(dāng)前設(shè)置的隔膜泵工作臺數(shù)和允許工作的隔膜泵狀態(tài),自動選擇主泵,命令變頻器低速運行電機到各泵的初始位置,使各隔膜泵處在最佳運行相角。

        4.2 位置調(diào)整

        實際的運行過程中,PLC將實時檢測各隔膜泵的相角,根據(jù)主泵的運行速度和處在的相角,利用模糊PID控制算法,實時計算各從泵的運行頻率,使各從泵處在最佳的工作相角。

        4.3 觸摸屏界面

        進入監(jiān)控頁面后,可以更改各泵相角排序,并允許重新指定主參考泵。進行重新設(shè)定各泵相序時,系統(tǒng)會推薦各泵順序,也接受強制指定。系統(tǒng)根據(jù)運行泵的數(shù)量,自動協(xié)調(diào)相角設(shè)定間隔,以適應(yīng)匯流后形成較小脈動率的控制目標(biāo)。運行過程中,系統(tǒng)在接受重新指定主泵的指令后,自動根據(jù)當(dāng)前泵序推薦從泵序號,從屬泵可以從泵組中切入或切出。系統(tǒng)接受到切出指令后,會自動降低該泵的運行速度,提高其它泵運行速度,保證總流量基本穩(wěn)定。系統(tǒng)在接受切入從屬泵指令時,動作與切出指令相反。系統(tǒng)允許手動補償各泵運轉(zhuǎn)速度。調(diào)整總流量設(shè)定,返回上一級操作。

        5.結(jié)語

        該隔膜泵同步控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于中鋁國際長城鋁業(yè)公司的管道化溶出系統(tǒng)。隔膜泵組良好的運行情況表明:泵組能夠以較快的速度收斂,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,獲得了很好的同步精度,具有較好的動態(tài)性能和同步性能。

        [1]原桂生,閻永勝.隔膜泵自動控制的實現(xiàn)方法[J].中國儀器儀表,2006(6):69-72.

        [2]李方圓.多電機變頻控制系統(tǒng)在短纖維后紡設(shè)備中的應(yīng)用[J].變頻器世界,2005(7):94-96.

        [3]李振河.隔膜泵及其管道的技術(shù)研究[D].沈陽東北大學(xué),2008.

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