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1、摘要输油泵的输出流量过大，在开启一个出油阀时只需要输油泵的少部分流量， 输油泵 每次开启都满负载输出运行，这样油泵和管道产生很大压差，形成涡压，管道压差加大 时导致电机负荷增大，电流上升，造成电能浪费。输油泵机变频调速节能技术是实现输 油系统节能的有效技术途径，它将原阀门节流调节方式改为 调节输油离心泵转速 工况 的方式，泵出口阀全开，有效免了输油泵出口阀的节流损失延长其维护保养周期及使用 寿命、减小对电网的冲击、节约维修费用、增加输油量等，同时还能减小输油泵机组的 机械冲击/磨损和噪声，延长其维护保养周期输关键词 过程控制 PLC 变频器目录1. 设计背景32. 变频器简介32.1 变频器定
2、义32.2 变频器工作原理42.3 变频器的控制方式 52.4 变频器的功能 62.5输油泵变频调速原理72.6 输油泵变频调速的主电路92.7硬件接线图93. 变频器选择及参数设置 113.1变频器的控制方式 113.2 控制方式的合理选用 113.3 选型原则123.4 PLC及压力传感器的选择133.5 MM420变频器特性133.6 电动机参数设置实例 144. PLC程序设计164.1梯形图介绍164.2 PLC语句表164.3 梯形图程序16总结20参考文献211. 设计背景随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术 的发 展迅速，未来主要朝以网络智能化、专门化
3、和一体化、环保无公害和适应新能源 等方面发展。将来的变频器就要适应这样的新能源，既要高效，又要低耗。得了 日新月异的进步。这种进步集中体现在交流调速装置的大容量化，变频器的高性 能化和多功能化，结构的小型化一些方面输油泵机变频调速节能技术是实现输油系统节能的有效技术途径，它将原阀 门节流调节方式改为 调节输油离心泵转速 工况的方式，泵出口阀全开，有效免 了输油泵出口阀的节流损失延长其维护保养周期及使用寿命、减小对电网的冲 击、节约维修费用、增加输油量等，同时还能减小输油泵机组的机械冲击/磨损 和噪声，延长其维护保养周期输。油泵是生产运行中主要能耗设备，由于泵的特 性和管路特性不匹配，在实际运行
4、中需要根据运行工况控制输油泵出口阀的开度 来调节流量，这使输油泵出口阀前后产生较大的泵管压差，耗大量的能量。使用 变频器技术，通过改变油泵的转速进行不同的工况调节，消除泵管压差而产生的节流损失，保证了安全生产的同时也节约了成本。2. 变频器简介2.1 变频器定义变频器（Variable-frequency Drive, VFD）是应用变频技术与微电子技 术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器 主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、 检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部 IGBT 的开断来调整输出电源的电压 和频率，根据电机的实
5、际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速 的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随 着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。2.2 变频器工作原理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路 大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的 滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是 电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流 器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路。整流器 大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组
6、晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路 在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和 电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量， 可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器 同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率， 以所确定的时间使 6 个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。以电压 型 pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的 回路，它有频率、电压的“运
7、算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动 机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆 变器和电动机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号 进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件 导通、关断。（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、pig等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载
8、或过电压等异常 时，为了防止逆变器和异步电动机损坏。逆变电路 逆变电路与整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电 压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120电角度的三相交流电压。大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组 晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。2.3 变频器的控制方式1. 差频率控制转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要 检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动 机速度与转差频率之和作为变频
9、器的给定频率。与 U/f 控制相比，其加减速特 性和限制过电流的能力得到提高，另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭 环控制，速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好 的动态性能。2. 矢量控制矢量控制，也称磁场定向控制。它是70年代初由西德F. Blasschke等人 首先提出，直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。由此开创了交流电 动机和等效直流电动机的先河。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相 坐标系下的定子交流la、lb、Ic通过三相-二相变换成等效成两相静止坐标系下 的交流电流la1、Ib1再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系 下的直
10、流电流lm1、It1o Im1当于直流电动机的励磁电流，It1相当于直流电 动机的电枢电流，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量， 经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。矢量控制方法的出现，使异步 电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。但是，矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算，如何提高参数的准确性是一直研究的话题。3. 直接转矩控制直接转矩控制的优越性在于转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转 速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子 磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，能方便的实现无速度传感器，这种控 制被称为
11、无速度传感器直接转矩控制。4. 转矩负载多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面要求一般不高， 例如挤压机 ，搅拌机，传送带，厂内运输电车，吊车的平移机构，吊车的提升 机构和提升机等。选型时可选 V/f 控制方式的变频器，但是最好采用具有恒转 矩控 制功能的变频器。要求控制系统具有良好的动态，静态性能。由于被控对 象的千差万别，性能指标要求的各不相同，变频器的选择及配置远不如上述所列 几种。要做到熟练应用还应在工程实践中认真探索。变频器的控制方式代表着变 频器的性能和水平，在工程应用中根据不同的负载及不同控制要求，合理选择变 频器以达到资源的最佳配置，具有重要的意义。2.4 变频器
12、的功能1. 变频节能变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种 生产机械在设计配用动力驱动时都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运 行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的描板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或JA机的转速即可满足要求。2. 功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网 有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效
13、率低下，浪费严 重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功耗， 增加了电网的有功功率。3. 软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时 产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为 不利。 而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开 始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长 了设备和阀门的使用寿命，节省了设备的维护费用。25输油泵变频调速原理图2.3.1流量与量程的关系泵类机械所输送的是液态物质，水泵装置中存在一个由吸入侧和排出侧之间 液位差所造成的固定的管路
14、阻抗分量，即实际扬程，根据离心泵的特性，其工调 节主要是调节流量，而离心泵调节流量最常用2种方法是通过调节泵出口阀的 开度进行调节和通过改变离心泵的转速进行调节，前者虽然调节方便，但能源浪 费严重，通过变频改变输油泵电机转速，来实现输油泵的工况调节，是满足工艺 条件下运行的可行的技术途径。如果离心泵转速有很小的降低，贝I离心泵所需的输入功率会大幅度降低， 从而产生明显的节能效果。离心泵转速降低在额定转速20%以内时，其特性曲 线的形状与原来相似，当离心泵转速n降为n1时，其特性曲线为一条与原曲 线平行的曲线，设原管路特性曲线为一条与原曲线平行的曲线，设管路特性曲线 R，R与H - Q (n)相
15、交于A点，即为原工况点。在变频状态下，离心泵转速 为n1时，其特性曲线为H1- Q1 (n1)，由于此时泵出口阀被全开，管路特性曲线变为较为平坦的R1 (n1)，此时R1 (n1)与H1- Q (n1)交于A1点，即为新的工况点，此时Q1=Q,即保持离心泵排量不变，但泵的扬程由H减少为H1,因此在保证满足输油量的情况下，通过削减离心泵扬程节约的能量为HAA1H1的面积， 这就是离心输油泵变频节能的原理。改变电机定子的电压频率从而改变电机转 速。图1. 3.2示出了采用不同调节方式时，电动机输入功率（即电源提供的功率）、 轴输出功率（泵的轴功率与流量之间的关系曲线。曲线1为排除管路阀门控制时 电动机的输入功率曲线，曲线2为转差功率调速（采用转差电动机、液力精器） 时电动机的出入功率曲线，曲线3为变频器周速控制时电动机的输入功率曲线。 由图可见变频调速控制时节能效果最好。输氏功率及轴功率图2.3.2流量与输入功率及轴功率的关系2.6输油泵变频调速的主电路图2.4主电路图由主电路图可见，接触器1KM2用于变频器输出，接到油泵Ml,而接触 器1KM3将工频电源接到该台油泵。变频器可以对该台油泵启动和恒压供水控 制。空气开关(QL)是当电动机过载时自动将电动机从电网中断开热继电器(FR) 是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中用作电动机的过载保护。2.7
