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PID控制在煤气鼓风机变频调速系统中的应用

申凌云 常士中 李运娥 何俊正/ 安阳钢铁集团有限责任公司    

摘要:介绍了变频调速系统的基本原理,PID控制中被控量的确定、控制过程、控制实现及安钢焦化厂煤气鼓风机变频调速系统PID控制的应用。

关键词: 煤气鼓风机;变频调速; PID控制

中图分类号: TH442        文献标识码: B

The Application of PID Control in Variable Frequency Adjustable Speed System of Coal Gas Blower

Abstract: This paper has introduced the basic principle of variable frequency adjustable speed system and the controlled quantity, control process, control implementation during PID control and the application of PID control in variable frequency adjustable speed system of coal gas blower in Angang coking plant

Key word: coal gas blower; variable frequency adjustable speed; PID control

0  引言

  煤气鼓风机是焦化厂的核心设备,属于长时间运行设备,其作用是将焦炉炭化室在炼焦过程中产生的粗煤气不断抽出。 交流变频调速技术是当今节能降耗、改善工艺结构,以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。 采用变频调速系统直接控制煤气鼓风机的转速,并应用PLC与压力传感器构成初冷气前吸力的PID闭环自动控制系统,可实现电机根据负荷的变化而变速运行,自动调节煤气流量和压力,既满足了生产需要,又达到了节能降耗和提高控制水平的目的[1]

1  PID被控量的确定

  PID控制属于闭环控制。将被控量的监测信号(即有压力传感器检测到的实际值)反馈到PLC或变频器,与被控量的目标信号相比较,判断是否达到预定的控制目的。若没达到则根据两者的差值进行调整,直到达到预定的控制目的为止。

  煤气鼓风机的操作,首先要保证焦炉的微正压操作,煤气鼓风机的抽吸量取决于焦炉粗煤气的发生量。鼓风机的操作要根据焦炉集气管的压力情况而定。初冷气前吸力直接来自于焦炉集气管压力的变化,此处吸力处于中间位置,相对较稳定些,而且是鼓风机煤气大循环的交汇处,因此,取初冷气前吸力作为系统控制参数,有利于焦炉的操作和系统的稳定[2]

2  系统变频调速的基本原理

  交流异步电动机的转速公式为
        n1=60 f1/2P     (1 )

  由式(1)看出,电源频率f与转速n成正比。即改变频率可改变电机的转速。

  异步电机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系

      n=n1(1-S)=60f1/2P(1-S)   (2 )

  由式(2)可知,可通过改变f1PS其中任意参数实现调速,对异步电机最好的方法是改变频率f1,实现调速控制。

  实际上多数变频调速场合是用于额定频率以下 ,低频时采用的补偿都是为了解决低频转矩的下降,其采用的方法多种多样,有矢量控制,直接转矩控制等。其作用主要是动态地改变低频时的变频器输出电压、输出相位或输出频率,利用电路和电脑技术,实时地改变异步电机的输出特性。

  煤气鼓风机变频调速系统的基本原理见图1。现场信号经压力传感器反馈给PLC,其给定值根据工作实际情况而定,利用PLC的功能块,PID调节器,经调节器PID常规运算后,输出给变频器,变频器通过改变煤气鼓风机电机的转速来调节煤气的流量和压力,从而实现初冷气前吸力的单闭环PID控制,有助于焦炉集气管压力的稳定。


  在煤气鼓风机系统中采用变频调速运行方式,可根据负荷的变化自动调节风机的转速,解决了“大马拉小车”的问题,为降低生产成本,延长设备使用寿命,节能降耗,减轻劳动强度,改善工作环境开创了新的途径。

3  PID 控制过程

  煤气鼓风机变频调速系统的基本要求是保持初冷气前吸力的恒定。系统的工作过程:设 Xт为目标信号设定值,其大小与所要求的初冷气前吸力相对应,XF为压力传感器的反馈信号,则变频器的输出频率fxXт-XF决定。

  若初冷气前吸力P超过了设定值,则XFXт,且XтXF<0,则变频器的输出频率fx减小,电机转速降低,初冷气前吸力P减小,直至与所要求的设定值大小相等为止。

  反之,若初冷器前吸力P低于设定值,则XFXтX тXF>0,则变频器的输出频率fx增大,电机转速增加,初冷前吸力P增大,直至与所要求的设定值大小相等为止。

4  PID 控制的实现

  通过PLC的PID功能块完成初冷气前吸力的单闭环控制,同时建立变量表,用于PID的参数整定和修改。编程语言采用梯形图实现各种逻辑顺序控制和初冷气前吸力的闭环控制等。软件流程见图2。

  整个系统控制的关键是保持焦炉压力给定值在工艺要求上,而初冷气前吸力给定值的选定要保持焦炉压力值稳定的要求[3]。正常情况下,焦炉闭环系统能够很好的实现自动跟踪调节气压,初冷气前吸力给定值一经选定,一般不需要改变。但是,当焦炉压力不足,在系统控制下对应蝶阀的调节机构关闭到终点时,计算机控制将自动修改初冷气前吸力的参数设定值,改变变频器的输出频率,从而相应改变煤气鼓风机的转速,进而改变焦炉煤气管输出煤气的抽力,促使各个焦炉子系统逐渐脱离故限位置。

  系统中风量(压力)控制自动化,降低劳动强度和故障率;运行参数观测直观,可同时显示压力、频率、转速、电压、电流、转矩等运行参数;管道阀门全部打开,大大降低调节门损失。

5  系统应用及效果

  (1)我公司采用变频调速系统直接控制煤气鼓风机电机的转速,应用PLC与压力变送器构成初冷器前吸力的闭环自动控制系统,合理地实现了电机根据负荷的变化变速运行,自动调节煤气压力,在焦化厂应用变频调速系统是调节焦炉煤气压力和节能的最佳有效方法。

  (2)通过PLC的PID功能块完成初冷器前吸力的闭环控制,同时建立数据变量表,用于PID的参数整定和修改。编程语言采用梯形图的方式实现各种逻辑顺序控制和初冷器前煤气压力闭环控制等。在软件设计中利用PLC定时中断功能完成数据采样、数字滤波、PID运算及控制输出。

  (3)随着变频调速技术的迅速发展,使其在变频范围、动态响应、工作效率、调整精度、可靠性等方面都达到了较为完美的程度。省去回流调节阀,煤气压力的变化由变频调速实现可以精确地定量调整煤气吸力,避免了使用回流调节所带来的巨大振荡。

  (4)煤气鼓风机采用变频调速系统,并应用PLC构成风压闭环自动控制系统,实现了电机负荷的变化变速运行自动调节风量,既满足了生产需要,又达到了节能降耗的目的。

  (5)噪声污染得到明显改善,噪声由80dB降为40dB左右,改善了焦炉生产及现场作业环境。

  经过近两年的使用,变频器运行中曾出现一次计算机无法控制变频器的情况,从控制面板转换为变频器控制面板控制,重启变频器,电动机运行正常,经查是由计算机故障造成的错误。通过实践使用,PID控制在煤气鼓风机变频调速系统中的应用达到了预期选择的目的。

6  结论

  PID控制在煤气鼓风机变频调速系统中的应用,效果良好。大大改善了焦炉生产及现场作业环境,既满足了焦化工艺要求,又达到了节能降耗的目的,经济效益显著。PLC控制技术和变频技术的完美结合对于推动企业技术进步有着极其重要的意义。实际工作中,煤气鼓风机变频调速系统选用初冷气前吸力作为被控量,采用闭环PID控制,实现了初冷气前吸力的自动控制和系统的稳定,达到了节能降耗和提高控制水平的目的。

参 考 文 献

[1] 杜振慧.变频调速装置在煤气鼓风系统中的应用[J].玻璃,2003(3):20-21,51.

[2] 王振民,颜宇,姜福禄,等.焦炉煤气鼓风机变频调速初步研究[J].城市燃气,1995(11):24-26,11.

[3] 李盛,许建宁.鼓风机变频调速和集气管压力自控装置的改造[J].燃料与化工,2000(4);188-191.

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  评论人:name   打分:85 分  发表时间:2015-7-31 19:28:14
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