高压变频器简易瞬时值滞环比较控制的应用

  作者:angelazhang 时间:2016-03-01

0 引言

注水泵是满足油田注水,保证地层压力的源设备,随着油田开采进入中后期,油田注水量也将逐年加大,注水耗电已占生产用电的19%,注水电费占总电费的16%,并呈逐年上升趋势。在高压注水系统中,高压电机中大马拉小车的现象比较普遍,注水泵泵压与注水管线干压之间存在较大的压差,必须靠控制泵出口高压回流阀门来保证注水管网的注水压力,这样既造成大量的电能被白白的消耗掉,同时又由于泵压较高,对机泵的运行及管道的使用十分不利。

通过安装高压变频调速装置后,依据注水管网需要的压力进行参数设定,自动调节注水量,既可节约大量的电能又能降低机泵的损耗,对降低生产成本有着十分积极的意义。在调试系统的过程中发现,靠普通的闭环控制,很难达到理想的控制状态。通过大量的试验和观测,系统采用简易的瞬时值滞环比较控制方法,可收到较好的效果。

1 瞬时值滞环比较控制原理

在变频器的闭环控制中,给定量和反馈量不停地进行比较、计算,以求得动态平衡,使控制系统稳定于期望值的可变范围内。但是,这种计算是比较复杂的,若处理不好,会影响输出,使变频器处于不稳定的控制中,甚至于造成过流或过压保护,影响设备的正常运行。

在瞬时值滞环比较控制中,把指令值信号与实际的补偿量信号进行比较,用两者的差值作为滞环比较的输入信号,通过滞环比较产生控制信号。此信号再经过驱动来控制实际产生的补偿量,以跟踪指令信号的变化。这一控制方式的原理如图1所示。

 

在这种控制方式中,滞环的宽度H 对补偿量的跟踪性能有较大的影响。当滞环宽度H 较大时,响应速度慢,故对于控制量变化慢的场合,跟踪误差较大;当滞环宽度H 小时,跟踪误差减小,响应速度快。

这种控制方法的特点是:属于实时控制方式,补偿量的响应速度较快;在控制中,如果滞环宽度H 固定,则补偿量的跟踪误差范围是固定的,但实际输出的控制指令的变化速度是改变的。

2 在实际中的应用

针对现场存在的问题,对系统进行优化改造后的组成如图2所示。

 

在调试应用中系统干压的变化范围较大,一方面是干压值小时,固定的滞环宽度可能使补偿量的相对跟踪误差过大;另一方面是干压值大时,固定的滞环宽度可能使实际输出的控制指令的变化速度过快,外围的变频器来不及改变频率,甚至导致变频器上升和下降速度较快而使过压或过流保护动作。针对这种情况可以采用两种对策:一是让滞环宽度随补偿量的大小自动地进行调整;二是采用定时控制的瞬时值比较方式,控制原理如图3所示。

 

在图3 中,以定时控制的比较器代替滞环比较器,在每一个时间间隔对误差判断一次,使信号至少需要一个时间周期才变化一次,这样就可以控制实际输出的控制指令的变化速度。这种控制方式的不足是补偿量的跟踪误差不固定,输出信号毛刺忽大忽小。

系统中的可编程控制器采用了S7-200PLC,选用型号CPU224XP,该型号输入14 点,输出10点,同时带2 路模拟量输入,1路模拟量输出,在线程序编辑容量为12 288 字节,数据存储器的容量为10 240字节。

在设计中采用一路模拟量输入接收现场系统的配注压力,然后通过PLC 内部采用定时控制的瞬时值比较方式处理后,输出一路模拟量去调整变频器的频率,即电机转速,达到调整压力的目的。该方式处理程序量较小,控制子程序如下。

 

 

3 结语

通过参数的调整和运行,高压变频器运行比较平稳,性能可靠,简便实用,节电效果明显,改善了工作人员的工作环境,启动无冲击电流,大大降低了维修费用,提高了机组的使用寿命。

 

关键词: 高压变频器 注水泵

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