基于相角差的隔膜泵同步控制系统设计

2014-03-16中国有色沈阳泵业有限公司

电子世界 2014年7期

中国有色（沈阳）泵业有限公司张岩

1.前言

多台隔膜泵一起工作时，无论是双缸双作用，还是三缸单作用，只要隔膜泵之间的曲柄转速不同，必然会出现瞬时峰值叠加的情况，这就需要控制多台隔膜泵实现同步运行。如果不采取措施，峰值叠加将导致管路及隔膜泵严重损坏，酿成事故。针对上述问题，本文提出一种基于相角差的隔膜泵同步控制系统，该同步控制系统能够自动根据各泵的运行速度与最佳相角进行协调，从而达到隔膜泵组稳定同步运行的目的。

2.控制系统的设计要求

系统设计为4台三缸单作用隔膜泵同步运行，隔膜泵的轴功率为347Kw，隔膜泵的额定冲次为48次/分钟，选择电机为变频电机，电机参数为：额定电压380V，额定功率355Kw，工频转速970rpm，额定电流680A。系统采用触摸屏控制，所驱动的隔膜泵数量为4台，单泵流量为75m3/h的电机转速设计值为960rpm，系统根据各泵的运行速度和最佳相角进行协调，达到隔膜泵组的同步控制。

3.控制系统的硬件设计

隔膜泵同步控制系统硬件原理如图1所示。隔膜泵同步控制系统是由PLC、变频器、编码器等构成的闭环调速电气控制系统。通过安装在隔膜泵驱动电机上的编码器来测量驱动电机的相角，采集隔膜泵的运行速度和实际位置。PLC计算出各泵之间的相角差，并与泵组设定的相角差进行比较，然后控制变频器微调电机转速来实现相角差的控制，从而达到多泵同步控制的目的。

图1 隔膜泵组同步控制硬件原理图

3.1 调节时间的确定

根据最佳相角峰值分散技术，四台三缸单作用隔膜泵的最佳相角为60o/4=15o，容许的最大偏差为-4.5o～+4.5o。在最高速度运行情况下，容许的速度偏差对应的最大调整时间为4.5*60*1000/(45*360)=16.67ms。如果在这段时间内，需要调整次数为5次，则每次的调整时间为3ms左右。

表1 配置表

3.2 隔膜泵位置编码器的选择

隔膜泵的位置采用Omron绝对位置编码器，型号为：E6G2AG6C，分辨率为4096线，采用开路集电极格雷码输出。

根据所选的位置编码器，最大偏差所对应的编码器线数为：4.5/360*4096=51.2pulse。

最高转速情况下，最短调整时间内的编码器线数为：51.2/16.67*3=9.2pulse。

3.3 PLC的选择和配置

具体配置见表1所示。

其中CPU模块采用Intel公司的Pentium III500为处理器，具有64MB DRAM，512kB SRAM，可配置擦写应用内存Compact Flash，具有1个USB接口，1个RS232接口，和1个Ethernet接口100Base-T。

PLC与触摸屏直接采用RS232通讯接口，进行通讯；PLC与变频器之间采用Ethernet接口100Base-T进行通讯，以达到3ms调整速度的目标。

3.4 变频器的选择

变频器选择瑞典Emotron生产的VFX系列变频器，该变频器为直接转矩控制方式，开环速度精度可以达到10%的额定转差速度，并配置以太网的通讯接口，接受PLC的通讯控制命令。

4.控制系统的工作过程描述

4.1 初始位置

当控制系统得到外部起动命令后，将根据当前设置的隔膜泵工作台数和允许工作的隔膜泵状态，自动选择主泵，命令变频器低速运行电机到各泵的初始位置，使各隔膜泵处在最佳运行相角。

4.2 位置调整

实际的运行过程中，PLC将实时检测各隔膜泵的相角，根据主泵的运行速度和处在的相角，利用模糊PID控制算法，实时计算各从泵的运行频率，使各从泵处在最佳的工作相角。

4.3 触摸屏界面

进入监控页面后，可以更改各泵相角排序，并允许重新指定主参考泵。进行重新设定各泵相序时，系统会推荐各泵顺序，也接受强制指定。系统根据运行泵的数量，自动协调相角设定间隔，以适应汇流后形成较小脉动率的控制目标。运行过程中，系统在接受重新指定主泵的指令后，自动根据当前泵序推荐从泵序号，从属泵可以从泵组中切入或切出。系统接受到切出指令后，会自动降低该泵的运行速度，提高其它泵运行速度，保证总流量基本稳定。系统在接受切入从属泵指令时，动作与切出指令相反。系统允许手动补偿各泵运转速度。调整总流量设定，返回上一级操作。