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变频恒压供水资讯
变频恒压控制在混砂机加水控制中的应用
变频恒压控制在混砂机加水控制中的应用

时间:2017/5/9 14:22:24

  核心提示:变频器的内置pid功能如西门子micromaster430,利用气罐出口压力传感器,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给定值进行pid运算,其结果作为频率指令输送给变频器,调节水泵的转速,...
[专家点评]

1 引言

型砂水分含量是湿型砂铸造的一个重要性能指标,型砂水分的控制精确度直接关系到铸件的生产质量。湿型砂的水分控制和检测一直是铸造领域的重要研究课题。随着工业自动化和计算机控制技术的发展,铸造工作者从不同的控制理验出发,研制了各种形式的型砂水分控制仪,不断地改进,在生产中发挥着重要的作用。

本文作者从型砂水分控制的角度出发,运用工业自动化技术,结合目前本公司使用的型砂水分控制仪特点,提出一套变频恒压的加水控制系统。

2 型砂质量的控制思想

型砂质量的衡量标准是型砂的组分和性能是不是稳定。在砂循环系统中,引起组分和性能变化的波动因素很多,归结起来主要是受型砂组分的新砂、煤粉、膨润土等含量的影响,组分的直接反应就是型砂的性能,组分控制和性能控制相辅相成。型砂质量由组分控制为基础,结合实验室和在线检测技术,从型砂系统总量平衡角度确定型砂组分的补加量,预防为主;从型砂控制性能角度看,通过对混型砂的紧实率控制,保证型砂性能和强度;通过对紧实率的测量,调整水分的加入量,保证型砂性能满足生产工艺要求。

3 原型砂水分控制系统介绍

我公司是以生产高精度汽配件为主,配有自动化流水线的新兴铸造企业。我公司在砂处理线中,采用了lippke-hd ii型混砂机加水控制仪,整个控制系统配有我公司自己开发的简易前级恒定水压供水装置,如图1所示。

变频恒压控制在混砂机加水控制中的应用

图1 混砂机加水控制系统架构(旧)

图1的右边框部分为混砂机加水控制仪,由手动截流阀、水杂质过滤器、压力开关、流量计和气动角阀等组成。控制思想是:利用湿度传感器(电容传感器,德国进口件)对旧砂的湿度检测,传输给plc的模拟量单元(siemens s7-200 plc),通过对旧砂湿度值和设定的型砂湿度的差值比较计算加水量;加水控制由气动角阀和流量计(涡流流量计,德国进口)组成,要求恒定压力(一般0.10-0.2mpa)的水流经过流量计,流量计发一定的脉冲,plc控制器通过计算脉冲数来控制加水量,通过气控角阀的开启控制加水的通和断;我公司的恒定水压装置采用增压泵、气罐和管道溢流三部分组成,当系统水压控制在0.1mpa,增压泵的出口压力大于控制系统的压力,通过管道的三通和手动截流阀的不同位置,运用的溢流的原理,溢流掉大于水分控制仪的压力水流,从而保持罐内的压力恒定。

4 原型砂水分控制系统的缺点

初看图1系统可以满足要求,但在实际使用中,发现水分控制存在较大偏差,当系统不需要加水时,罐内压力稳定,当混砂机需要开启加水时,罐内压力急剧下降,然后随着压力下降补水,罐内压力慢慢上升,因此在整个短暂的加水过程中,加水控制仪的压力一直在变化,即系统滞后时间长。

同时,在生产中,即使混砂机连续工作,实际需要加水是断续的,但图1系统的增压泵却需要连续工作,虽说溢流的水能够会用,但也消耗无用功,造成能源的浪费。

第三,若需要改变加水控制仪的供水压力,只能调节溢流部分的手动截流阀。手动转动截流阀的开度无法准确定位确切的压力值,造成改变压力的很大麻烦。

5 改进思想

根据图1前级供水装置的缺点和加水控制仪的水压稳定要求,改进思想要求在压力稳定,即要求系统补压迅速;增压泵最好不要长期连续工作,即使频繁启动,也不能造成电网冲击,达到节能目的;针对上述第三点的要求,新改进的系统要达到容易而且准确的改变供水压力值。图2即为改进后的混砂机加水控制系统总成。

6 改进后的型砂水分控制系统分析

前级恒定水压供水装置由2台增压泵供水,气动角阀控制供水管路的开和闭,同时起到更好的罐内压缩空气的防泄漏作用;压缩空气内的压力传感器检测罐内压缩空气的压力,能够反馈型砂水分控制仪供水压力的压力值。

由图2可知,

变频恒压控制在混砂机加水控制中的应用

图2 混砂机加水控制系统架构(新)

p水控制仪= p压缩空气仪+ p液位高度

所以,为了保持p水控制仪恒定,在压缩空气体积一定的情况下,可以通过罐内的水液面高度变化来表示,或者p压缩空气随着液位下降(加水工作时)而下降,若系统在p压缩空气仪下降的瞬间马上进行补水,在一定短的时间内,一定量的水进入罐内,这样便可保持罐内液位的恒定,从而使加水控制仪水源压力保持一定的恒定。同时设计系统时,做到气罐出口管路足够小(满足混砂机加水最大时间的前提下),气罐进水管足够大,保证混砂机加水期间,进水管路进水能够起到补水迅速的效果。

在设计系统时,采用了采集压缩空气压力变化的负反馈控制系统,通过反馈的压缩空气压力和设定的空气压力差,经过变频器pid模块的计算,变频器输出一定的频率作用于水泵电机,调节水泵的转速来调节水泵出水的流量。整个控制系统框图见图3所示。电气控制系统图如图4所示。系统由2台变频泵供水,由plc控制切换。

变频恒压控制在混砂机加水控制中的应用

图3 混砂机加水电气控制框图

变频恒压控制在混砂机加水控制中的应用

图4 混砂机加水电气控制系统

变频器的内置pid功能如西门子micromaster430,利用气罐出口压力传感器,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给定值进行pid运算,其结果作为频率指令输送给变频器,调节水泵的转速,调节补水量。即当混砂机用水开始,罐内压缩空气气压降低时,pid调节器使变频器输出频率增加,水泵加速,水流逐渐增大,一直到系统达到设定压力,负反馈信号差为零,补水增压系统停止工作,一直到系统降压,循环运行。变频器根据反馈的信号差通过pid计算,pid计算后输出一模拟量作用于变频器变频器输出一定的频率对应的转速,作用于水泵1,开始补水增压,若变频器的输出频率达到工频后系统压力仍然达不到设定值,此时变频器发指令给plc,通过plc切换,水泵1工频运行,变频器切换到水泵2,从低频率逐渐增大,调节补水量。

为了使系统响应及时,启动变频器时的初始频率可以设置在30hz左右(可根据实际设置),上限设置在工频50hz,减少供水时间。

pid控制器就是根据系统压力差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。比例控制输出与输入误差信号成比例关系,系统会出现稳态误差,为了消除稳态误差,控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(pi)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。因为在我们的供水系统中,一般水量比较恒定,但系统中还存在惯性元件如流量计、滞后元件如气动角阀,所以在pi控制器的基础上增加到pid控制,“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量(压力)的严重超调。使用了pid控制不仅给系统带来快速的响应,而且使系统压力保持恒定。

7 结束语

变频器具有模块式结构设计,它通过调节速度来控制水泵的流量,取代了原用手动截流阀截流控制的解决方案,抑制系统的无用功产生。内置pid控制器;它完全能够满足应用系统控制灵活性的要求。这种变频器的特点是能源的利用效率高,有较多的输入和输出端子,方便和plc控制器通信,而且对操作面板进行了优化,便于手动操作方式和自动操作方式之间的切换。

变频调速可以根据用水需求量对水泵流量进行无级调整,水泵的变频软启动,减少对电网及水泵机械的冲击,延长设备的使用寿命,间接节约了成本。

变频调速恒压供水控制装置可根据罐内瞬间压力变化,自动调节水泵电机的转速、2台水泵电机的投入及退出,使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值,给混砂机加水控制仪提供良好的前提基础,整个型砂水分控制系统始终保持高效节能和运行在最佳状态,大大提高了系统的自动化程度,减少了能源浪费,带来直接的经济效果。在满足流量的前提下,此系统的水还可应用于造型机的液压冷却装置和电炉的冷却循环水补充、旧砂冷却等装置用水处,以至于作为全厂的用水控制源,方便维修和集中控制。

同时在实际使用中,一般单单混砂机加水一台泵变频从30hz升至工频50hz已经可以满足使用,所以另一泵不仅起到突发增水的使用情况,还可以起到备用的效果。

对水泵进行调速运行,不仅是对供水流量与压力进行调节,而且有着非常显著的节能效果。当变频泵运行在45 hz时,比工频运转节电27%。

作者简介

王能肖 男 工程师,现就职于浙江瓯赛汽车部件铸造有限公司。

参考文献

[1] lipple-hdii型混砂机型砂水分控制系统使用说明.

[2] 西门子micromaster430变频器使用说明.

[我要评论] | 本文来自:2010年第7期“系统应用”上 ,已经被阅读过932次

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