摘要：在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機、水泵、壓縮機等,這些機械一般都以交流電動機驅(qū)動為主,實際應(yīng)用證明, 智能流程泵節(jié)能裝置的使用可取得意想不到的效果,特別是企業(yè)正在降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的今天。本文介紹了智能流程泵節(jié)能裝置在重催裝置油泵控制中的應(yīng)用及其節(jié)能效果?！?/p>

一、概述
　　
在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機、水泵、攪拌機、壓縮機等,這些機械一般都以交流電動機驅(qū)動。其中大部分電動機均不是工作在額定功率,而經(jīng)常只有額定功率的50%～70%,甚至更低一些（20%～70%）。但電動機大部分處在恒速運行狀態(tài),并以檔板、閥門或放空回流的辦法進行流量或壓力的調(diào)節(jié),從而白白損失大量的電能,功率越大的風(fēng)機、水泵,損失的電能越多。
　　
對于水泵和風(fēng)機,表達(dá)其特性的參數(shù)有:流量（風(fēng)量）Q,揚程（風(fēng)壓）H,功率P等。當(dāng)轉(zhuǎn)速從n1變?yōu)閚2時,Q,H,P大致變化關(guān)系為:
　　
Q2=Q1（n2 / n1）
H2=H1（n2 / n1）2
P2=P1（n2 / n1）3
　　
即:流量與轉(zhuǎn)速成正比,揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
　　
如水泵的流量或風(fēng)機的風(fēng)量等調(diào)節(jié),只需調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速就可以實現(xiàn),而同時將大大降低電機的消耗功率,節(jié)約了電能。
　　
根據(jù)電工學(xué)的基本原理,電動機的轉(zhuǎn)速n由以下公式表示:

　
式中:n——-電動機的轉(zhuǎn)速
　　f1——-供電電源頻率
　　S——-轉(zhuǎn)差率
　　P——-電動機的極對數(shù)
　　
因此要改變電動機的轉(zhuǎn)速,只要改變供電電源的頻率或者改變電動機的極對數(shù)或者轉(zhuǎn)差率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速。

二、智能流程泵節(jié)能裝置功能介紹

1．概述
1．1系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)組成部分及流程：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集=》A/D轉(zhuǎn)換=》工控機數(shù)據(jù)處理=》通訊模塊遠(yuǎn)程傳輸=》功率裝置控制=》泵馬達(dá)變速運行。

1.2 采集部分

采集部分是信號點的關(guān)鍵，在模擬量采集模塊前端安裝雙輸出通道安全隔離柵，將流量、閥門開度信號從原DCS系統(tǒng)中安全采取，通過模擬量采集模塊將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送人工控機進行運算處理。

1．2 運算處理部分

運算處理部分主要由研華公司的高性能工控機運算處理，它提供高速的處理性能及可靠開放性網(wǎng)絡(luò)通信能力，從而能滿足工礦閉環(huán)控制系統(tǒng)的實時性和遠(yuǎn)程控制能力。處理部分采用模糊的PID閉環(huán)運算，采用數(shù)學(xué)函數(shù)公式進行復(fù)雜的邏輯運算，根據(jù)轉(zhuǎn)速與壓力、流量間的函數(shù)關(guān)系，準(zhǔn)確、實時的響應(yīng)系統(tǒng)的需求流量，節(jié)能效果更加明顯，穩(wěn)定性更強。

1．3 輸出部分

將工控機運算處理后的泵馬達(dá)運轉(zhuǎn)頻率數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程通信RS-485網(wǎng)絡(luò)，送入配電室。再通過通訊隔離模塊將信號隔離后送入主控單元，實時根據(jù)需要的流量動態(tài)相應(yīng)

1．4節(jié)能控制方式

原DCS系統(tǒng)中，流量需要變化時，原DCS系統(tǒng)自動或手動對自動閥門進行跟隨變化，由此將閥門開度信號做為節(jié)能控制中的參考值，在節(jié)能控制中新加入了泵轉(zhuǎn)速變量。在滿足管壓及揚程的條件后，使閥門開度按照一定比例比原來加大，再將原閥門開度信號做為流量控制的參考值，得知管道流量由流量傳感器測定管道流量，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，主控單元中用于控制泵轉(zhuǎn)速，改變泵的流量，從而改管道流量。LBP系列高性能智能節(jié)能裝置吸收了目前數(shù)字控制領(lǐng)域以及電力電子領(lǐng)域內(nèi)最先進技術(shù)，并采用了旁路單元內(nèi)置的單元結(jié)構(gòu)，節(jié)能裝置故障時隨時切換到原系統(tǒng)運行，使裝置運行可靠性大幅度提高。此外，裝置的許多新功能為應(yīng)用提供了更多解決方案，例如：裝置整體尺寸與原系統(tǒng)的配電尺寸相同、采用長壽命電力電容、中文WINDOWS操作界面、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊功能和遠(yuǎn)程控功能、電網(wǎng)自動重合后繼續(xù)運行、維護方便等等。

1．5電氣結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由控制回路和頻率調(diào)節(jié)裝置組成，根據(jù)不同的場合需要，可配備輸入開關(guān)。系統(tǒng)還具有靈活的測量控制組態(tài)方式，因而簡化了測量控制線路的結(jié)構(gòu)。

2． 功能特點

2．1主要特點

2．1．1運行回路

如主控單元在運行過程中發(fā)生報警，系統(tǒng)將自動旁路該單元，進入原系統(tǒng)運行，系統(tǒng)得以不間斷運行；另外也可根據(jù)需要人工切換到備用回路運行。單元旁路后，系統(tǒng)自動記錄報警原因，對應(yīng)故障報警解決方案幫助菜單，根據(jù)記錄相應(yīng)查找故障點，排除故障。

裝置以在下列故障情況可實現(xiàn)單元自動旁路：

輸出短路
單元過電壓
單元過電流
單元溫度過高
單元程序流程錯誤
單元電源故障

2．1．2 故障主控單元可在線更換————高可靠性

LBP系列高性能智能裝置采用了主備電路，允許在運行過程中在線更換故障單元；操作人員在主控狀態(tài)的提示下，通過獨特的機械旁路機構(gòu)旁路故障單元后，系統(tǒng)繼續(xù)運行，可以在線對裝置進行維修，主控單元自動旁路和在線更換單元功能使裝置可靠性大幅度提高。

2．1．3 采用高性能長壽命電容，電容壽命可達(dá)10年，高性價比

LBP1000系列高性能智能裝置采用高性能長壽命電容，電容壽命可達(dá)10年，高性價比，普通電容一般使用壽命為5年，電力電容在變頻裝置中為重要器件，更換電容的成本和工程費用也相當(dāng)高，采用高性能長壽命電容不僅提高了系統(tǒng)可靠性和效率，而且經(jīng)濟性也最優(yōu)。

2．1．4專用散熱器

針對于運行穩(wěn)定性要求很高的特殊場合，我們大片的高傳導(dǎo)效率散熱片進行散熱，失散熱效果大大條，大大提高散熱效率，降低IGBT器體的溫升、提高裝置過載能力、減少器件損壞、提高裝置可靠性。

2．1．5 采集、通訊信號斷線檢測功能

LBP系列高性能智能裝置能具有在線檢測斷線功能，當(dāng)檢測到采集信號、通訊信號斷線后自動報警，自動切換到固定頻率運行，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2．1．6 完善的保護限制措施

單元本身具有如下保護：
輸出短路保護
輸入電壓缺相保護
輸出過流保護
輸入、輸出過壓保護
單元溫度過高保護
保護限制功能：
電動機保護，包括過載、缺相、溫升等
主控單元保護。包括過載、再生能量、風(fēng)機等
主控所提供的保護功能向用戶開放，保護參數(shù)可在線設(shè)置

2．1．7對輸入電壓波動適應(yīng)能力強

輸入電源允許波動范圍為±15%額定電壓

當(dāng)變頻器輸入電壓在±15%范圍內(nèi)時，電動機可連續(xù)正常工作在額定負(fù)荷（不需改動任何接線和設(shè)置），變頻器輸出電壓基本保持不變，電動機電流不會增加。

在電壓波動工程中，變頻器和電動機均不需要進行額外散熱。

由于控制單元裝置采用UPS供電，因此控制電源的波動對裝置主控部分沒有影響。

2．1．8強過載能力

標(biāo)準(zhǔn)配置下，LBP1000系列高性能智能裝置均具有1.8倍額定1分鐘的過載能力，而且在1.5倍額定電流情況下,也不會立即保護,只有當(dāng)輸出電流超過2.0倍時,才立即保護,因此在偶爾過載情況下,變頻裝置不會保護誤動作.

根據(jù)特殊情況需要,可提供高至2倍額定過載能力的產(chǎn)品.

2.1.9通風(fēng)設(shè)計

系統(tǒng)為強制風(fēng)冷結(jié)構(gòu),驅(qū)動柜頂裝配兩臺風(fēng)機集中通風(fēng),單元無散熱風(fēng)機.

集中通風(fēng)結(jié)構(gòu)避免了過多單元風(fēng)機運轉(zhuǎn),具有線路簡單、可靠性高、噪音小及節(jié)能的特點。

2．1．10 IGBT最新電力電子器件

單元中采用IGBT，是最合適的逆變電力電子器件：

電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小、驅(qū)動線路簡單可靠
開關(guān)帶度高，開關(guān)損耗小，有利于降低諧波
IGBT線路技術(shù)成熟
采用最新TRENCH和SPT工藝IGBT，其導(dǎo)通壓降低、開關(guān)損耗更小
采取措施降低IGBT過電壓和過電流，提高可靠性

2．1．11中文WINDOWS操作界面

系統(tǒng)配備真彩色顯示屏，應(yīng)用程序基于WINDOWS XP，既保證足夠的安全可靠性，又具有友好、完善的操作界面。

在顯示屏上，用戶可根據(jù)中文顯示界面，設(shè)置和更改參數(shù)設(shè)置，另外還具有以下增強功能：

查看事件記錄
查看歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)和節(jié)能分析
查看實時負(fù)荷曲線
故障定位、檢查指導(dǎo)

系統(tǒng)還安裝了若干操作按鈕和顯示表計，即使不使用上位機，仍可完成基本的運行、停止、升速和降速操作，表計顯示了電壓、電流、功率和頻率值。

2．1．12對電機無特殊要求

LBP系列高性能智能裝置可廣泛用于各種電動機，包括：

鼠籠式異步電動機
轉(zhuǎn)子繞線式異步電動機
同步電動機

輸出電壓具有很低的諧波含量，因此不會增加額外損耗，對于風(fēng)機泵類電動機不需要另外考慮電動機的散熱1.5HZ軟起動，不需降壓起動設(shè)備，消除了因全壓起動造成的電動機鼠籠斷條和定子繞組開焊等故障，對電網(wǎng)沖擊也減小/對各種電機均具有良好的起動性能

2．2控制方式

2．2．1 IPC/601H高性能工控機

LBP系列高性能智能裝置的主控部分采用IPC/601H高性能工控機，2.4G HZ高性能處理器。80G硬盤、512M 內(nèi)存，大大提高運算速度。主控部分的主要任務(wù)有：

管理、監(jiān)控
輸入單元數(shù)據(jù)采集和主控數(shù)據(jù)處理
實現(xiàn)各種控制方式
實現(xiàn)主控部分的保護限制功能判斷處理
數(shù)字量和模擬量I/0
與外部通訊

2．2．2數(shù)字量和模擬量I/0接口

數(shù)字量和模擬量接口的標(biāo)準(zhǔn)配置如下：

16路A/D采集模塊，電氣隔離，抗干擾設(shè)計，可用于4-20MA、0-5V、0-10V
4路模擬量輸出，各咱均電氣隔離，4-20MA或0-5V可選擇的輸出方式.可編程對應(yīng)于功率、頻率、電壓、電流等電量
數(shù)字量I0可擴充至32路DI、32路DO。
可根據(jù)需要擴充輸入輸出接口配置

2．2．3工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊功能

系統(tǒng)提供兩種通訊功能：

標(biāo)準(zhǔn)的RS485或RS232可選擇的通訊接口，電氣隔離，直接由主控制處理器控制，具有功能全面、控制實時的特點由工控機處理器擴展的通訊接口，根據(jù)現(xiàn)場需要，可以是以太網(wǎng)適配器、RS485或RS232等。具有組網(wǎng)方便、適應(yīng)性強的特點

通過通訊，用戶可控制主控單元裝置的運行、獲行運行和操作數(shù)據(jù)、改變參數(shù)設(shè)置。不同的接口具有不同的權(quán)限，通過由主控處理器連接的通訊接口可獲得完整的操作控制權(quán)限，而擴展的通訊接口可獲得部分控制權(quán)限以及進行數(shù)據(jù)傳輸。

2．2．4 遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控

L BP系列高性能智能裝置提供遠(yuǎn)程監(jiān)控，采用原系統(tǒng)的控制方法：

2．3輸出特性

降低輸出電壓諧波具有如下功效：

明顯減小電動機損耗、降低溫升、提高效率
降低電動機脈動電流和脈動轉(zhuǎn)矩、電動機振動小
對電機絕緣有利，電動機使用壽命提高

2．3．1輸出電流波形

由于輸出電壓諧波含量低、載波頻率高，因此輸出電流也具有良好的正弦波形

2．3．2長線路輸出連接電動機

由于輸出線路分布電容的存在，普通電壓源型變頻器輸出dv/dt高，不能傳輸長線路，否則容易引起電壓振蕩和保護誤動作，LBP系列高性能智能裝置輸出端加裝交流電抗器（200米以上），因此輸出可傳輸長線路。

2．3．3轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)速度快

此裝置是電壓型控制，可以在各種負(fù)荷下高功率因數(shù)運行，從而可以提高功率因數(shù)，減少損耗，顯著優(yōu)點是輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，可實現(xiàn)矢量控制。

2．4數(shù)據(jù)記錄和參數(shù)設(shè)置功能

2．4．1智能控制裝置運行參數(shù)在線整定

LBP系列高性能智能裝置提供的大部分參數(shù)可在線整定，例如報警值、保護值、升降速速度。這些參數(shù)大致可分為電動機參數(shù)和變頻器參數(shù)，在很大程度上，系統(tǒng)的運行特性取決于參數(shù)設(shè)置情況。

參數(shù)的設(shè)置由兩種途徑：

通過專用的顯示器，此方法操作復(fù)雜、不直觀。
通過上位機通訊方式，是最快捷的方式，最直觀的方式，并且有在線的參數(shù)設(shè)置幫助

2．4．2電量數(shù)據(jù)在線監(jiān)測

系統(tǒng)在上位機上提供如下數(shù)據(jù)處理功能：

輸出電壓和電流、輸入電壓和電流、輸出功率和功率因素、輸入功率和功率因數(shù)的顯示

輸出功率的實時曲線

出負(fù)荷的歷史數(shù)據(jù)曲線，有功電度表功能

2．4．3故障自動定位

在保護和故障情況下，系提供故障診斷和自動定位功能，如果由于單元內(nèi)部保護引起切換，系統(tǒng)將指出是哪個單元因為何種原因引起切換

3. 結(jié)構(gòu)介紹

從結(jié)構(gòu)上看，LBP1000系列高性能智能裝置分主控單元（包括逆變單元部分和主控部分）和切換回路，兩者為整體裝配，由于現(xiàn)場的控制室和動力室分開，此裝置的主控部分、顯示屏安裝在控制室內(nèi)，主控單元放在動力室內(nèi)。

3．1裝置安裝方式

驅(qū)動裝置外形尺寸緊湊，方便安裝，柜體開門以及單元插拔不碰及兩旁柜體；所有安裝、連接均在柜體前部完成。

4.主要技術(shù)指標(biāo)

三、智能流程泵節(jié)能裝置的應(yīng)用

智能流程泵節(jié)能裝置是一種高效節(jié)能調(diào)速裝置,特別是它可以根據(jù)設(shè)定信號調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制,節(jié)電效果顯著,可有力地促進企業(yè)節(jié)能工作的開展,因而在電機供電控制中得到廣泛應(yīng)用。下面以我廠催化裝置中的頂循環(huán)油泵為例簡單說明控制調(diào)速策略。
　　
1、控制流程簡介
　　
頂循環(huán)油泵采用一開一備的配置方式,共有P2204A/B兩臺泵（132kw）。在正常情況下,一臺運行另一臺備用,主、備泵的切換通過人工方式手動實現(xiàn)。在供電控制方式上,P2204A實行常規(guī)電氣控制,主電源直接供給電動機,P2204B實行智能流程泵節(jié)能裝置控制,主電源經(jīng)過智能流程泵節(jié)能裝置后送給電機。系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)為中間產(chǎn)品罐液位,測量位號為LT11205,PID調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)閥LV11205。用一入二出安全隔離柵把信號一分為二，一路送入原回路，一路接入智能流程泵節(jié)能裝置，用控制電機轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)閥開度使液位穩(wěn)定在給定值上?！　?

2.　控制方案的實施
　　
該流量在DCS中的控制原理如圖一所示。

3.　節(jié)電效果
　　
智能流程泵節(jié)能裝置投用后,控制回路的穩(wěn)定性和可靠性比調(diào)節(jié)閥有明顯提高,控制偏差大大減小,被控參數(shù)波動幅值較小。電機保持中速運行狀態(tài)。在電機啟動、控制過程中實行延時斜升、斜降,并且有輸出短路、欠壓、過流、過載過熱等報警跳閘及在線故障診斷功能,保證其運行安全可靠,降低故障率,減少了設(shè)備損耗,尤其顯著的是節(jié)能效果相當(dāng)明顯。在正常工況下,投用前后的電氣參數(shù)如下:
　　
電機功率132kw，據(jù)了解此泵一直未用到最大流量，運行時間24小時/天，一年運行360天，經(jīng)實際檢測其節(jié)電率36%以上。年節(jié)電量（按36％）計算如下：

W原用電 =24×360×（380×156×1.732）×0.85 =754272（Kw.h）

W現(xiàn)用電 =24×360×（350×116×1.732）×0.96 =580608（Kw.h）

W節(jié)電＝754272－580608＝173664（Kw.h）

從以上可以看出,使用該裝置后功率節(jié)省173664kw.h, ,若按電價0.55元/kwh計算,每年節(jié)約電費97251元。不到一年可收回投資。該裝置的使用取得了非常明顯的節(jié)電效果。
　　
四、結(jié)束語
　　
實際應(yīng)用證明智能流程泵節(jié)能裝置的使用取得意想不到的效果,特別是企業(yè)正在為降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益而大量采用新技術(shù)的今天 ,將會有更加廣闊的應(yīng)用前景。該裝置投入運行已近一年未出現(xiàn)質(zhì)量問題。