摘要：在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等,這些機(jī)械一般都以交流電動機(jī)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(jì)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。　 一、概述 　　 在工礦企業(yè)中大量地使用著風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、壓縮機(jī)等,這些機(jī)械一般都以交流電動機(jī)驅(qū)動。其中大部分電動機(jī)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(jī)大部分處在恒速運(yùn)行狀態(tài),并以檔板、閥門或放空回流的辦法進(jìn)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(jī)、水泵,損失的電能越多。 　　 對于水泵和風(fēng)機(jī),表達(dá)其特性的參數(shù)有:流量（風(fēng)量）Q,揚(yáng)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(yáng)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(jī)的風(fēng)量等調(diào)節(jié),只需調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以實現(xiàn),而同時將大大降低電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速n由以下公式表示: 　 式中:n——-電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 　　f1——-供電電源頻率 　　S——-轉(zhuǎn)差率 　　P——-電動機(jī)的極對數(shù) 　　 因此要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,只要改變供電電源的頻率或者改變電動機(jī)的極對數(shù)或者轉(zhuǎn)差率就可以改變電動機(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。 1．2 運(yùn)算處理部分 運(yùn)算處理部分主要由研華公司的高性能工控機(jī)運(yùn)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(yùn)算，采用數(shù)學(xué)函數(shù)公式進(jìn)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)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(qiáng)。 1．3 輸出部分 將工控機(jī)運(yùn)算處理后的泵馬達(dá)運(yùn)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(jìn)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(yáng)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(jìn)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(yùn)行，使裝置運(yùn)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(yùn)行、維護(hù)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(yùn)行回路 如主控單元在運(yùn)行過程中發(fā)生報警，系統(tǒng)將自動旁路該單元，進(jìn)入原系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)得以不間斷運(yùn)行；另外也可根據(jù)需要人工切換到備用回路運(yùn)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(yùn)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(dú)特的機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)旁路故障單元后，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，可以在線對裝置進(jìn)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(fèi)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(jì)性也最優(yōu)。 2．1．4專用散熱器 針對于運(yùn)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(jìn)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(yùn)行，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 2．1．6 完善的保護(hù)限制措施 單元本身具有如下保護(hù)： 輸出短路保護(hù) 輸入電壓缺相保護(hù) 輸出過流保護(hù) 輸入、輸出過壓保護(hù) 單元溫度過高保護(hù) 保護(hù)限制功能： 電動機(jī)保護(hù)，包括過載、缺相、溫升等 主控單元保護(hù)。包括過載、再生能量、風(fēng)機(jī)等 主控所提供的保護(hù)功能向用戶開放，保護(hù)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(qiáng) 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(jī)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(jī)電流不會增加。 在電壓波動工程中，變頻器和電動機(jī)均不需要進(jìn)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(qiáng)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(hù),只有當(dāng)輸出電流超過2.0倍時,才立即保護(hù),因此在偶爾過載情況下,變頻裝置不會保護(hù)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(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu),驅(qū)動柜頂裝配兩臺風(fēng)機(jī)集中通風(fēng),單元無散熱風(fēng)機(jī). 集中通風(fēng)結(jié)構(gòu)避免了過多單元風(fēng)機(jī)運(yùn)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(qiáng)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(jī)，仍可完成基本的運(yùn)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(jī)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(jī)，包括： 鼠籠式異步電動機(jī) 轉(zhuǎn)子繞線式異步電動機(jī) 同步電動機(jī) 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(jī)泵類電動機(jī)不需要另外考慮電動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī) 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(jī)，2.4G HZ高性能處理器。80G硬盤、512M 內(nèi)存，大大提高運(yùn)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(hù)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(kuò)充至32路DI、32路DO。 可根據(jù)需要擴(kuò)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(jī)處理器擴(kuò)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(qiáng)的特點 通過通訊，用戶可控制主控單元裝置的運(yùn)行、獲行運(yùn)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(kuò)展的通訊接口可獲得部分控制權(quán)限以及進(jìn)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(jī)損耗、降低溫升、提高效率 降低電動機(jī)脈動電流和脈動轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)振動小 對電機(jī)絕緣有利，電動機(jī)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(jī) 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(hù)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(yùn)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(yùn)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(hù)值、升降速速度。這些參數(shù)大致可分為電動機(jī)參數(shù)和變頻器參數(shù)，在很大程度上，系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)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(jī)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(hù)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(hù)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(jī)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(jìn)企業(yè)節(jié)能工作的開展,因而在電機(jī)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(yùn)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(jī),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(jī)。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(jī)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(jī)保持中速運(yùn)行狀態(tài)。在電機(jī)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(yùn)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(jī)功率132kw，據(jù)了解此泵一直未用到最大流量，運(yùn)行時間24小時/天，一年運(yùn)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(fèi)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(jì)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(yùn)行已近一年未出現(xiàn)質(zhì)量問題。