西门子中压变频器在石灰回转窑中的应用

第一篇：西门子中压变频器在石灰回转窑中的应用

1.引言

石灰是钢铁生产的重要原料，它主要应用在烧结工艺，炼钢工艺。在石灰回转窑工艺当中，保持窑内稳定的燃烧条件是非常必要的，它是由控制系统通过控制空气和燃料进入焙烧系统的速率，以及通过控制I.D.风机（主排风机）速度从而保持适当的点火器拉力来完成。变化应保持为最小值，在另一变化发生前，系统应有时间调整适应变化。短时间内太多的变化会导致系统的循环，并且要使其再次平衡将会非常困难。

I.D.风机（主排风机）的调节方式，即窑头负压的调节方

式主要有两种：

一、调节主排风机入口挡板开度使燃烧罩维持一定负压。

二、调节主排风机的速度使燃烧罩维持一定负压;

采用第一种调节方式，风机电机始终在工频运行，靠控制挡板开度来控制窑头负压，在通常正常生产的情况下，挡板开度只为25%～35%，不但耗能比较大，而且在调整挡板开度时，窑内压力变化波动较大，很难保证窑内负压。

采用第二种调节方式，有两种方案可以选择，液力偶合器调速和变频器调速，下面就将这两种方法简单介绍一下。

2.变频器恒压供风的基本原理

变频器恒压供风系统主要通过压力传感器实时检测主风管的压力，与设定的压力进行比较，经过PID控制器调节后，在线自动调节变频器来控制风机的转速，使压力始终稳定在设定值上，达到压力稳定的目的。原理图如下：

变频器的调速原理，由交流感应电动机转速公式

n=60f1/P＊（1-S）（1）

（式中n—电机转速;f1—定子供电频率;S—转差率;P—电机极对数）可知：如均匀地改变电机定子的供电频率f1,就可平滑改变电机转速.对于异步电动机的变频传动,为了避免电机过磁饱和,同时抑制启动电流,产生必需的转矩进行安全运转,在改变频率的同时,对定子电压也应作相应调节.逆变器主回路把三相50Hz交流电整流滤波为直流,再通过PWM脉宽调制器触发大功率晶体管,把直流变为电压和频率可调的三相交流电，由此可实现变频调速。

变频调速对于风机水泵类负载来说，节能效果尤为明显。变速前后流量、压力、功率、转速之间的关系为：

（其中Q代表风量;H代表风压;P代表轴功率;n代表转速）

下面将挡板调速、变频调速的风量与风压性能曲线绘制到一块，如下图所示：

由以上公式及下图可以看出：

风机的正常工作点为A，当风量需要从Q1调到Q2时，采用挡板调节，特性曲线由R1改变为R2，其工作点调至B点，其功率O Q2B H2’围成的面积，其功率变化很小，其效率却随之降低。

当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变设备的性能曲线，图中从n1到n2，其工作点调制C点，使其参数满足工艺要求，其功率为O Q2B H2所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，依然工作在高效区。由于功率随转速3次方变化，故节能效果显著。

节能量P=（H2’-H2）＊ Q2

3.液力偶合器调速的优缺点

液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量并改变输出转速的，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内参与能量传递的工作油多少来控制输出轴和力矩，达到控制负载的转速的目的，因此，液力偶合器也可以实现负载转速无级调节。

如果采用液力偶合器调速，则电动机转轴连接到液力偶合器，而负载连接到液力偶合器，电动机仍然由电网供电，电动机仍全速运行。

经过调研，采用液力偶合器调速具有以下优缺点：

优点：

●液力耦合器价格便宜。

●操作简单，维修方便。

缺点：

●调速效率低，节能效果差。

●功率因数低。

●直接改善起动性能，起动电流达到额定电流的5——7倍。

●液力偶合器依靠调节工作腔油量大小改变输出转速，因此响应慢，可能跟不上控制的需要

●机械传动方式，运行故障率高，且需定时加液力油。

●安装时需加在电机与风机中间，则要重作电机基础，期间将造成生产停顿。

●当在运行中液力耦合器出现问题时，只能停产修理。

综合比较此两种方案，变频器调速不但能够更加节约电能，运行更加可靠，调节精度及电机功率因数更高，故障率更低，而且通过压力闭环调节，使窑内负压变化保持为最小值，保证窑内压力平衡。随着变频器的发展，在价格上也会更加具有优势。

4.实际应用

某钢厂共有三条回转窑生产线，配有3台I.D.风机（主排风机），电机功率为1100KW，转速为1493r/min。根据每个窑产量1000吨/天，电机的实际运行速度在额定转速的60%～80%之间，如果采用变频调速，不但能够大大节约电能，而且在风机挡板全开的情况下能够连续调节电机转速，使得窑内负压保持稳定。

根据工艺要求及现场实际情况，对I.D.风机（主排风机）的控制采用变频调速，选用西门子SIMOVERT MV中压变频器实现窑内负压的恒压调速。具体的配置及原理图如下：

控制原理：

变频器的起停由现场操作箱或主控制人机界面HMI控制，在启动时首先将挡板开至最大位置，然后启动变频器，风压由现场压力变送器测量后将实际的压力信号传送至西门子S7-400 PLC中，与设定的压力值进行比较，通过PID调节器输出一个4～20mA的信号做为变频器的给定信号来调节电机的转速，从而实现对窑内负压的调整，保证窑内压力恒定。

在变频器发生故障时，可以临时通过的旁路高压开关柜启动电机。之后通过调节出口挡板的开度大小来调节窑内压力。由于鼠龙式电动机对电网的冲击比较大，因此采用了星三角启动电动机。

5.SIMOVERT MV中压变频器的特点：

SIMOVERT MV中压变频器是西门子公司最新推出的三电平、全数字、矢量控制的变频器。现在在各种领域已经得到了广泛的应用，它具有以下特点：

1）节省能源，特别适于风机和水泵

2）低损耗，功率因数cosΦ>0.96

3）启动电流小，无冲击，能够实现软启动和制动

4）使用电流限幅的过载保护

5）自带有Profibus DP网，易于将传动装置连接并集成到自动化系统中

6）带有专门的调试软件Drive ES，调试简单方便

7）连接简单，通过1台断路器和1台变频变压器即可与工业电网连接

8）采用12脉冲二极管整流，可以有效地消除谐波

9）设计采用三电平电路配置，其部件只承载直流母线电压的一半

6.系统调试

1）主要调试设备及软件

2）通电前的检查：

· 电机绝缘测试

· 高压电缆绝缘测试

· 变压器检查及测试

· 变频柜检查测试

3）变频器送电

4）使用Drive ES软件设置变频器参数

5）静态调试

6）空载试验

7）带载实验

经过调试，系统运行良好，变频器启动时间设为180秒，电流限幅值设为电机额定电流的100%，启动时电机运行平稳。变频器正常运行时，电机在35Hz的频率下运行，通过对实际风压的测量由PLC不断调节变频器的转速，设备运行稳定，真正实现了恒压排风。停车时间设为180秒，停车时未发生变频器过电压故障。

7.结论

1）由于采用了变频调速，使得在正常生产时，电机的输出功率大大降低，节能效果明显。

2）系统具有软启动功能，减小了在启动鼠龙式电动机时对电网的冲击，对整个电网起了保护作用。

3）通过使用PID调节器调节电机转速来调节风压，使得窑内负压变化很小，且压力恒定，实现了恒压排风。

4）采用变频调速，风板保持全开状态，降低了磨损，且大力矩执行机构工作次数减少，故障率降低。

第二篇：西门子MM430变频器在恒压供水系统中的应用

西门子MM430变频器在恒压供水系统中的应用

2009-10-15

来源：工控商务网

浏览：88 摘要：本文主要介绍西门子公司MICROMASTER430变频器在恒压供水系统中的应用，详细阐述了系统的原理、组成及调试方法。

一：引言

城市规模的不断扩大，高层建筑的不断增长，城市供水的公用管网的压力已远远不能满足用户的要求，对供水的二次加压已被广泛采用。其中变频恒压供水由于自动化程度高，维护方便、具有节能功能，成为主要的二次加压方式。按供水的特性，变频恒压供水主要有分为：恒压变流量和变压变流量两大类，在本文的中采用恒压变流量的供水方式。

二：系统组成及工作原理

系统为宾馆的供水系统，分为冷水、热水两大供水系统，系统单线如图1

Q1控制的变频器为冷水供水系统，Q2控制的变频器为热水供水系统，系统为1拖1的恒压供水，两台电机为互备，可选择使用1#泵或2#泵运行，KM3、KM8为手动工频运行选择，作为变频的维修系统备用，KM2，KM3、KM7，KM8为机械互锁的接触器，保证选择变频运行和工频运行的正确切换。

变频恒压供水的基本原理:以压力传感器和变频器组成闭环系统，根据系统管网的压力来调节电机的转速，实现高峰用户的水压恒定，和低峰时的变频的休眠功能，得到恒压供水和节能的目的。

系统的硬件组成如下：

热水系统：电机参数： Pe=15kw Ue=380v Ie=26.8A Ne=1490rpm 变频器型号： 6SE64430-2AD31-8DA0 Pe=18.5kw Ie=38A 压力传感器： GYG2000 反馈信号4-20mA 供电+24V 量程0-0.5Mpa 冷水系统：电机参数： Pe=22kw Ue=380v Ie=39.4A Ne=2940rpm 变频器型号： 6SE64430-2AD33-7EA0 Pe=30.5kw Ie=62A 压力传感器： GYG2000 反馈信号4-20mA 供电+24V 量程0-0.5MPa 三：PID闭环控制功能的实现及调试方法

西门子MICROMASTER430变频器的内置PID功能，利用装在水泵附近的主出水管上的压力传感器，感受到的压力转化为4-20mA电信号作为反馈信号。根据宾馆的层高设定压力值作为给定值，变频器内置调节器作为压力调节器，调节器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值比较运算，其结果作为频率指令输送给变频器，调节水泵的转速使出口压保持一定。即当用水量增加，水压降低时，调节器使变频器输出频率增加，电机拖动水泵加速，水压增大；反之，当用水量减少，水压上升，调节器使变频器输出频率减少，电机拖动水泵减速，水压减小。

由于压力传感器是两线传感器在接线必须采用正确的接线方式，将变频器的+24V控制电源连接到传感器的+端，传感器的-连接到PID的+输入，同时还必须将PID的-端连接到变频器控制电源的0V端。具体接线图如图2

图2中把传感器送回的电流信号送入到变频器的模拟量输入2作为反馈值，根据宾馆的层高设定的压力值为0.35MPa,对应输出频率为35Hz，对应反馈电流15.2mA.PID闭环控制功能的具体参数设置如图3

参数的设定方法：PID主设定值P2253可选择的源有以下几种，模拟输入、固定PID设定值、已激活的PID设定值，在本系统中采用固定给定值。PID反馈值P2264可选择的源为模拟输入1或模拟输入2在系统中采用模拟输入2，系统的PID参数设定如下： P0701=99 P2200=722.0 P2016=1 P2201=70% P2253=2224 设定主给定值固定值为35Hz。

P2264=755.1设定反馈值为模拟量输入2。

上述参数设定好以后，设定P2200=1，使能PID功能，设定P2250=1进行PID自整定，整定完成后，采用了整定后的积分和比例参数基本满足了系统的工艺要求。

PID调试的注意事项：使能PID功能后系统的加减速时间为P2257、P2258的设定值，而不是原来的P1120、P1121。使能PID功能后 PID的限幅值的上升、下降时间P22936必须根据系统要求进行设定,否则变频器将报故障F0002。为提高系统的抗干扰能力,要求根据现场的实际情况,对反馈值进行滤波环节处理，在本系统中因为主给定设定值采用固定给定，所以对主给定设定值不必进行滤波环节处理。

四：节能功能的实现

在PID控制过程中，当反馈信号大于主设定频率时，系统偏差（ΔP）为负，此时电动机的频率逐渐降低，但仍在不停运转，在系统偏差不断调节的同时，系统不断消耗电能。为了实现节能，西门子对MM430变频器设计了节能控制功能。出发点如下：当电机的频率降低到某一比较频率（P2390）时，激活节能定时器（P2391），当定时时间到期时，按斜坡下降时间停车，即输出功率为零，在无输出的情况下，系统偏差会迅速从负到正变化，当偏差超过某一设定值（P2392）时，再起动电机，当电机频率按斜坡上升时间升到某一值时（此值稍大于P2390设定频率），投入PID，使系统恢复正常控制。

参数的设定方法： P2390要低于PID主设定值所对应频率一定幅度，以保证系统实现正常的PID控制，如果P2390太小，节能又不易投入，在本系统中设定2390=20Hz，P2391定时器时间的设定要依据系统的响应速度，如果系统响应时间快，则P2391应设定较小的值。在本系统中，P2391= 900秒，P2292=0.5。设定参数的注意事项：系统的节能功能投入后，PID功能则解除，所以系统的加减速时间P1120、P1121必须根据需要进行设定，最高、最低频率必须设定。

五：结束语

系统调试完毕后已投入运行，从运行效果看，系统的运行水压稳定，响应速度快，得到了设计要求，节能效果比较明显。

MM430能够实现压力,流量等的PID闭环.PID闭环的三个要素: 1.给定 2.反馈 3.PID控制器 正确设置与这三个要素的相关参数就可实现PID闭环.相关参数如下: 1.P2200 PID 控制器使能 2.P2253 PID 给定值 3.P2264 PID 反馈值 4.P2280 PID 比例增益系数 5.P2285 PID 积分时间

PID 比例增益系数和PID 积分时间应根据实际应用进行调整,不同的应 用,P2800.P2285 所设置的数值都不一样.实际应用中PID 给定值和PID 反馈值可由多种通道输入,以下例子给予说明.例子1: 模拟输入1 为PID 给定 模拟输入2 为PID 反馈 调试步骤如下: 1.参照手册3-12,3-13 页进行快速调试: 2.P2200 = 1 PID 调节器使能

3.P2253 = 755:0 模拟输入1 为PID 给定 4.P2264 = 755:1 模拟输入2 为PID 反馈 5.P2280 = 8 PID 比例增益系数(仅供参考)P2285 = 80 PID 积分时间(仅供参考)

变频器在工业锅炉给水系统上的应用(1)

收藏本文章 引言工业蒸汽锅炉的过程控制系统包括汽包水位控制系统和燃烧过程控制系统，两系统在锅炉运行过程中互相耦合，所以控制起来非常困难。在此，我们暂不考虑系统间的耦合，只是对蒸汽锅炉的给水系统进行变频改造。某企业有2台20t燃煤蒸汽锅炉，如图1所示。这2台锅炉通过1个给水母管分别给各自汽包供水，用汽量小的季节，2台锅炉只运行1台，当用汽量较大时，则必须2台锅炉同时运行。由于给水泵额定功率为37kw，一般情况下，1台锅炉运行时，只开1台给水泵裕量仍较大，而2台锅炉同时运行且用汽量较大时，只开1台给水泵无法满足需要，而开2台给水泵后，相对单台锅炉运行时，裕量更大。由于2台锅炉分别由2套dcs系统控制各自的电动阀门调节各自汽包的给水量，运行中，阀门开度较小造成给水母管压力较大，不仅浪费了大量的电能，较高的水压还对管道、水泵叶轮和阀门造成损害 变频改造方案基于系统运行现状，本着既能节能降耗，又能控制简便、安全且投资较少的原则，我们设计了1套1台变频器拖动3台电机的方案。具体如图2所示。

图1 给水原理图

在本方案中，充分利用了锅炉层有的dcs控制系统，同时增加了变频器、可编程序控制器(plc)和控制信号转换装置。(1)硬件控制系统a)西门子mm430变频器mm430变频器是西门子公司最新研制生产的一种适用于各种变速驱动应用场合的高性能变频器(调试简单、配置灵活)，它具有最新的igbt技术和高质量控制系统，完善的保护功能和较强的过载能力以及较宽的工作环境温度，安装接线方便，两路可编程的隔离数字输入、输出接口以及模拟输入、输出接口等优点，使其配置灵活多样，控制简单方便，易于操作维护。

图2 控制原理图

b)西门子s7-200型plc西门子s7-200型plc可靠性高、抗干扰能力强，可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作。适应性强，应用灵活。(2)当1台锅炉运行时由于只开1台给水泵，就足够锅炉汽包所需用水量，故此时，系统只对运行锅炉的汽包水位进行恒液位控制即可。将切换开关置于相应位置，通过锅炉原有dcs控制系统中的手动操作器将控制该锅炉汽包进水量的电动阀完全打开后，再通过控制信号转换装置切断该控制信号，使原有控制回路断开，电动阀保持全开状态，同时，将该锅炉汽包液位信号切入plc，让plc将该锅炉汽包液位信号进行pid运算处理后，再由控制信号转换装置，将plc输出的4~20ma模拟信号传递给变频器，从而控制变频器的输出转速。在本控制过程中，关键的问题是过程参数pid(p:比例系数i:积分系数、d:微分系数)的整定。由于工业锅炉运行过程中，用汽量的多小和蒸汽压力的大小，决定了给水流量的大小和给水压力的大小。为了保证系统的相对稳定运行，不出现大的波动，对生产造成影响，在调试过程中，应多次反复调整pid参数，直至出现最佳控制过程。(3)当两台锅炉同进运行时由于2台锅炉分别由两套dcs系统控制，在运行过程，虽然蒸汽并网后压力相同，但由于燃烧过程中存在不确定性，两台锅炉汽包各自的液位就必然存在差异。因此，单台锅炉运行中所用的恒液位控制方案在此就不再适合。通过给水原理图(图1)我们不难发现，要对2台锅炉汽包的液位分别控制，最理想的方案是将1个给水母管向2台锅炉给水的现状彻底改变，将给水系统分开，使每个锅炉都有自己独立的给水系统，再在此基础上加装变频控制，由1台变频器单独控制1台锅炉的给水。但此方案不仅改动较大，投资较高，且要停产改造，显然是行不通的。为了能在不改变原有系统现状的前提下，更好的利用变频装置，节能降耗，减小系统运行，维护费用，提高原有系统的自动化程度，我们针对该企业2台锅炉的运行特点，设计了一套专用于2台(或2台以上)锅炉同时运行时的控制方案，即:蒸汽压力和母管给水压力的恒压差控制方案。

当2台锅炉同时运行时，由于外供蒸汽并管，故蒸汽压力相同，又由于2锅炉由同一母管给水，故给水压力也相同。但由于蒸汽用量的变化不定和锅炉燃烧情况的不同，蒸汽压力是时刻变化的。这样，为了能保证给锅炉汽包供上水，就必须要求给水的压力始终高于蒸汽压力，由图2我们看到，由plc采集蒸汽压力和母管给水压力，通过处理、比较后，得到二者的差值，再将此差值通过pid运算处理，输出4~20ma的模拟信号给控制信号转换装置。再由该装置将信号传输给变频器，从而控制变频器的运行速度。这样虽然可以保证给水母管压力始终高于锅炉蒸汽压力(压力差的大小可以通过plc在一定范围内任意调节)，但锅炉各自汽包的液位却无法再通过调节变频器的转速去控制。在此，我们充分利用了原有给水控制装置，即汽包各自的进水电动阀门。仍由锅炉原有dcs控制系统采集各自汽包的液位，蒸汽压力，给水压力和给水流量等信号，去相应的调整进水电动阀的开度，从而控制各汽泡液位和进水流量。此方案由于存在阀门的调节，所以理论上不能最大限度的节能降耗，但实际应用中，由于减小了给水母管与蒸汽压力之间的压力差，使电动阀门的开度由原来的平均10%左右开大到75%左右，系统回水阀门关闭，仍大大节约了能源。且本方案充分考虑了系统运行的安全性，一旦变频器故障，系统可立即自动由变频运行状态切换至原有工频运行状态，完全恢复改造前的运行状态，保证锅炉正常运行。变频故障解除后，仍可方便的手动切换为变频状态，使变频器方便的投入运行，且不影响锅炉的运行。plcplc是本系统的核心控制器件，它不仅辨识、处理各种运行状态，进行系统间的逻辑运算和联锁保护，还对输入的多个模拟信号进行处理、运算后，输出标准的模拟信号控制变频器的运行速度。主程序结构较复杂，其中，对液位信号进行pid运算的子程序，原理图和程序框图如图

3、图4所示。

图3 pid原理图 注意事项(1)由于变频器产生高次谐波，会对通讯产生干扰，同时由于plc采集模拟信号，要进行a/d和d/a转换处理，在此过程中，容易受到变频器高次谐波的影响而失真。因此，必须将变频器零地分接且加装液波装置，对plc用隔离变压器供电，最好将plc安装于距离变频器较远的位置

第三篇：变频器在水泥行业改造中的应用

一、机立窑供风系统系统变频改造装置

该水泥有限公司像其它的老水泥企业一样，机立窑供风系统是通过调节挡风板的开启角度的落后的机械调节方法来满足烧结时不同的用风量，这种操作方 式的缺点是明显的：

1、电能浪费严重;

2、调节精度差;

3、启动电流对电网冲击大;

4、电机及风机的转速高，负荷强度重;

5、起动时机械冲击大，设备使用 寿命低;

6、噪声大，粉尘污染严重等。

改造后的变频供风系统是在保留原供风系统的基础上增加一套变频回路与原回路并联，形成双回路可转换控制系统，并将变频器的调速装置安装在窑上，通过调节电机（风机）的转速来调节烧结时的用风量。其特点：

1、节电效果好（由于电机消耗的功率跟电机转速的三次方成正比，改造后电机大部分时间运行在 35-40Hz左右既可满足用风量，节电率大于百分之二十）;

2、具有软起功能，降低负荷强度，延长设备使用寿命，启动电流小，相当于增加电网容量;

3、调节风量精度准确、方便;

4、无需旁通放风，减少水泥粉尘污染等。改造后的测试结果见表一。

二、成球供水系统

生料成球工序是影响水泥熟料烧结质量的关键工序之一，其中水、料比例直接影响成球好坏。应用变频器后能通过跟踪生料供给量对成球预加水泵的转速 进行无级调速，从而实现全自动化的闭环控制，料水配合稳定，成球效果良好，大大提高水泥烧结质量。此系统改造主要为提高自动化程度和制造工艺水平考虑，由 于功率较小省电效果还在其次。

三、生料均化给料系统

此系统用变频改造后，将所有送料口处的送料电机用变频器进行同步无机调速，等比例送料，提高均化效果，此点也是从制造工艺角度考虑。

四、水泥选粉系统

水泥选粉系统的工作原理是根据所生产的水泥的标号的不同，调节选粉机和选粉风机的转速，从而选出不同细度的水泥制品。老式选粉机要调整风机轴上 的扇叶的数量和角度，经过对比试验达到所要求的选粉细度;新式选粉系统分选粉机和选粉风机两部分，选粉机由滑差电机调速，选粉风机靠调节挡风板角度调节用 风量。这两种系统都存在操作工艺复杂、调节精度差、浪费电能严重的缺点，特别是滑差点机不但费电，由于水泥制造环境粉尘严重，因此滑差头骨胀率特别高，维 修困难。变频改造后，不管是老式系统还是新式系统，只要将电机调节到一个特定的转速就能选出所需要的细度的颗粒，在节约电能的同时还做到了连续化、自动化 生产，既提高了劳动效率，又降低了劳动强度，综合效益明显。

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第四篇：变频器及PLC控制技术在恒压供水系统中的应用

变频器及PLC控制技术在恒压供水系统中的应用

1引言

供水系统在各行各业的生产和生活中都起着至关重要的作用。如何保证供水系统安全、可靠、稳定地运行是很多行业都很关注的问题。把先进的PLC控制技术和变频技术等自动化控制技术应用到供水领域，成为对供水系统的要求。

在供水系统中，如果用户用水量需要变化时，利用改变阀门开度变化传统的调整方法，会造成供水压力不足或过大情况，容易造成资源浪费和产生安全隐患。因此，在一些用水量变化大、水压控制高且流量完全由用户确定的供水系统采用变频调速技术则显得尤为重要。

图1变频恒压供水系统原理图

2变频恒压供水工作原理

变频恒压供水就是变频调速技术在供水中的应用，其采用PID调节技术，使供水压力恒定在一个设定范围，其具有恒水压力波动小，节能效果明显。实验中采用循环软启方式。

它的工作原理是：当变频泵运行到工频50Hz时，此时的实际供水压力若还没有达到设定的供水压力，不是直接启动另外一台水泵，而是将当前以变频运行的水泵直接切换到工频方式运行，而以变频方式启动另外一台水泵，以达到维持系统压力的目的。在切换水泵时，按照先启先停的方式进行。这样的好处是机组中的每一台水泵在工作中都可以被使用到。变频恒压供水系统的原理图，如图1所示。

从图1可以看出，在系统运行过程中，将供水管网实际压力与设定压力比较，将得到的压力差经过PID控制器计算与转换，得到变频器输出频率的变化值后，调节水泵机组的运行方式和运行速度，最终使实际供水压力与设定压力值相等。

图2 系统结构框图 系统硬件设计

变频恒压供水系统结构原理图[1][2]如图2所示。系统由水箱、管路、阀门和水泵机组、电气操作系统和各种传感器、仪表等组成。电气操作系统由PLC(德国SIEMENS公司的S7-200型)、变频器(MM440)、小型断路器、交流接触器、热继电器、直流电源、小型电磁继电器以及各种指示灯和主令器件组成；传感器和仪表包括温度传感器、压力传感器、电压变送器、电流变送器、功率变送器等。

在此系统中，传感器将供水管中的压力转换成电量信号后，传送到PLC的特殊功能模块，进行数据处理后传给变频器控制电动机。变频器[3]是这个系统中的核心器件，通过PLC对变频器的控制，就可以改变供水管中的压力[4]，实现恒压供水的要求。PLC将模拟量输入、输出模块经过转换后的数据进行PID运算，然后将计算值输出变频器，变频器根据输入的模拟量，改变输出的电压及频率，从而实现对电机转速的调节，改变管内压力值。

根据控制要求[5]，水泵机组由四台水泵组成。第一台水泵变压不足时，将第一台水泵切入工频运行，再投入第二台变频泵第四台水泵启动。停泵时先停第一台工频泵，再停第二台工频先开先停。

图3 主程序流程图 系统软件设计 4.1程序模块设计

软件系统设计基于Windows平台的32位编程软件包STEP-7 Micro WIN，采用模块化设计方法，主程序的流程图如图3所示。

除主程序的流程以外，程序模块设计还涉及到定时器T0初始化程序、中断服务程序、故障报警子程序等相应的模块。

4.2组态软件

本系统我们采用WINCC组态软件[6]。WINCC是一个工控系统中的一个电脑控制组态软件，它他可以和PLC通讯，可以点击组态中的按钮来操作一些设备的运行或停止；PLC是可编程控制器[7]，可以利用自己的程序来控制一些设备的运行顺序和状态，是工业中必不可少的一种控制方式。

因组态软件不能直接读取AIW通道中的数据，所以运用STEP7中的传送指令，将AIW通道中的数据传送到变量存储区中，以便组态软件从中读取数据。

4.3WINCC与S7-200PLC的通信

WINCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS两种协议之一进行。通过PROFIBUS协议进行WINCC与S7-200系列PLC通信的实现,需要以下几点：(1)软硬件要求

PC机，Windows98操作系统；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同类板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模块；Profibus电缆及接头；安装CP5412板卡的驱动；安装WINCC 4.0或以上版本；安装COM Profibus软件。(2)组态

首先，打开SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。(3)设置PG/PC interface 在设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。(4)WINCC的设置

在WINCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，设定参数。(5)建立变量

WINCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的，即In表示WINCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WINCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。(6)优缺点

优点：该方法数据传输速度快，易扩展，实时性好；

缺点：传送数据区域有限(最大64字节)，在PLC中也必须进行相应的处理，且硬件成本高，需要Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。

应用场合：适用于要求高速数据通信和实时性要求高的系统。

图4 系统实时监测界面

5系统运行实时监测界面 图4为系统实时监测界面。

6结束语

文中介绍的新型供水方式不论在设备的投资运行的经济性，还是系统的稳定性和可靠性，自动化程序等方面，都是具有无法替代的优势，而且具有显著的节能效果。目前，该系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种的方向发展，而追求高度智能化、系列化、标准化将成为必然趋势。

于平

第五篇：差压变送器在油库计量中的应用

差压变送器在油库计量中的应用

在目前的油库油罐液位的测量设计中，比较流行的是采用雷达液位计或浮球、浮标、钢带式液位计等。雷达液位计虽然精度高但成本也高，而浮标、浮球等液位计，安装、维护比较麻烦。差压式液位计，在锅炉汽包等密闭容器中应用广泛，但测量结果并非真正液位，因此在油罐液位测量的设计鲜有应用。其实油库油罐的精确液位，并不十分重要，用户实际要了解的并不是液位，而是通过测量液位来了解油罐中油品的实际数量（即吨数），从而防止满溢。由此分析采用差压法来测液位（实际为吨数）也不失为一个好的选择。因为目前差压变送器的应用十分成熟，象1151、3051以及EJA等差压变送器，技术十分完善，精度可达0.075 级，而且价格大幅下跌，性能价格较高。设计原理

顾名思义差压式液位计所测量的结果是压力差，即△P=ρg△h。而由于油罐往往是圆柱形，其截面圆的面积S是不变的，那么，重量G=△P•S=ρg△h•S，S不变，G与△P成正比关系。即只要准确地检测出△P值，就可以得到实际油品的库存量G，从公式还可知其密度ρ与高度△h成反比，在温度变化时，虽然油品体积膨胀或缩小，实际液位升高或降低，所检测到的压力始终是保持不变的。如果用户需要显示实际液位，也可以引入介质温度补偿予以解决。实际应用

在温州新世纪油库项目，笔者将此思路应用到实际设计中。

设计条件： 2000m3油罐，直径d=14.5m，高度h=14m。

一次表：选用温州市伯特利仪器仪表公司的BTL-1151LT法兰式隔爆差压变送器，选用法兰式是防止罐底脏物沉淀而堵塞引压管，变送器量程0～140kPa。

二次表：选用WP系列智能光柱显示报警仪，万能信号输入，可任意改变量程，用光柱显示液位，用数字显示油品的吨数。以6#罐为例，S=π×r2=3.14×7.252=165m2，高为14m。在油罐顶部，设计一套液位报警装置，防止油品满溢，作为双保险。在应用中由于测量值直接为吨数，故油罐不论贮存何种油品，二次表显示的值是油罐内油品的吨数，避免了需要测定密度进行换算的麻烦。

一般情况油品出入库往往是采用泵输送经过椭圆齿轮流量计计量，由于流量计的精度有限，最高也只有0.2级，还需测密度计算，其结果往往有些出入，从而造成计量纠纷。现在因为油罐测量的结果为吨数，而且精度可达到0.2级甚至0.1级，因此，与容积式流量计相比，计量结果更准确。虽然在小数量的油品出入库时，由于分辨率的原因，测量的结果绝对误差较大，但在大数量的油品出入库时，其较高的精度和较小的相对误差，是其它计量手段所无法比拟的，特别适合月度、季度、的盘存。实践表明其主要优点有：

① 安装维护简单方便；

② 读数直观直接明确，可直接读出油品的库存量；

③ 免除了密度的测定和换算。注意问题

(1)设计和安装时应考虑油罐底部的取压开孔尽可能放低，以消除温度变化而造成的误差，必要时引入温度补偿。

(2)在油罐的罐体水平截面不等的情况下（如上小下大），要考虑补偿措施。如二次表选用WP-H80系列液位-容量控制仪。

(3)为达到一定精度，如油罐顶部装有呼吸阀时，必须采用差压变送器而不能采用压力变送器。对敞口油罐或精度要求不高时，可直接采用压力变送器以方便安装。

(4)二次表尽量采用智能表，可方便改变量程，实现温度补偿等。

(5)安装时差压变送器的负压室要安装集水器，并要经常排污，以免积水影响准确度。变送器更多有关资料：http://www.xiexiebang.com/, 所有资料均来源与相关技术部门提供。