分析變頻器在隔膜泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉校通

（陜西神渭煤炭管道運(yùn)輸有限責(zé)任公司，陜西 榆林 718300）

隔膜泵是在管道運(yùn)輸過(guò)程中使用的核心設(shè)備，其具有活塞泵的優(yōu)點(diǎn)，如耐腐蝕、輸出壓力高、隔膜室簡(jiǎn)以及堅(jiān)固耐用，同時(shí)它又克服了活塞泵的一些缺點(diǎn)，比如密封件易破損，隔膜室無(wú)動(dòng)力源等。該產(chǎn)品可以獲得比較高的排壓，且不受流量的限制，適應(yīng)輸送的介質(zhì)范圍廣，吸收力強(qiáng)，工作效率高，其性能不會(huì)因?yàn)閴毫Υ笮『洼斔徒橘|(zhì)的不同而發(fā)生改變。總之，隔膜泵在性能上非常優(yōu)越，已經(jīng)代替了活塞泵、離心泵、油隔離泵、渣漿泵等，廣泛應(yīng)用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。如今，高性能的變頻器和先進(jìn)的交流變頻調(diào)控技術(shù)在隔膜泵的使用上也越來(lái)越廣泛，不僅提升了隔膜泵的工作效率，還節(jié)約了能源，提升了經(jīng)濟(jì)效益。PLC、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)聯(lián)合變頻器形成了整個(gè)隔膜泵控制系統(tǒng)，提升了隔膜泵的工業(yè)自動(dòng)化水平。

1 簡(jiǎn)介隔膜泵控制系統(tǒng)

隔膜泵控制系統(tǒng)由PLC、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和變頻器3 大板塊組成。PLC 是該控制系統(tǒng)的核心部分，其他的部分通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC 取得聯(lián)系。首先是數(shù)據(jù)采集階段，PLC 對(duì)控制系統(tǒng)中儀表以及傳感器單元、輸送介質(zhì)等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其次，PLC 會(huì)對(duì)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算，得出處理的結(jié)果。此外，PLC 同時(shí)還會(huì)發(fā)出準(zhǔn)確的指令，然后經(jīng)傳動(dòng)單元使得輔助設(shè)備開始運(yùn)作，當(dāng)輔助設(shè)備開始正常運(yùn)行，PLC 會(huì)發(fā)出指令直達(dá)變頻器，驅(qū)動(dòng)變頻器的主電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到對(duì)隔膜泵的控制作用。

2 隔膜泵中變頻器的應(yīng)用特點(diǎn)

當(dāng)變頻器和PLC 這類先進(jìn)的控制技術(shù)結(jié)合的時(shí)候，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)控制。以往的隔膜泵控制系統(tǒng)中，隔膜泵的啟動(dòng)和調(diào)速主要是依靠繼電器和接觸器，而現(xiàn)在控制隔膜泵是通過(guò)變頻器和PLC 的結(jié)合，這有利于隔膜泵的遠(yuǎn)程控制，甚至無(wú)人控制。尤其是變頻器中加入了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)后，計(jì)算機(jī)或者PLC 能夠利用通信技術(shù)對(duì)變頻器實(shí)行控制，使其能夠按照準(zhǔn)確的工作程序工作，也實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)測(cè)、分散控制。

在隔膜泵中應(yīng)用變頻器能夠有效降低故障率，提升工作的可靠性。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)接觸器和繼電器的結(jié)構(gòu)和操作復(fù)雜，故障率也比較高，而應(yīng)用變頻調(diào)控系統(tǒng)后，使整個(gè)控制系統(tǒng)得到極大的簡(jiǎn)化，且故障率低，工作的可靠性顯著提高。此外，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的保護(hù)功能，當(dāng)隔膜泵工作時(shí)出現(xiàn)缺相、過(guò)流、欠壓、過(guò)壓等問(wèn)題的時(shí)候，變頻器能夠及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出其中存在的問(wèn)題，并且及時(shí)地采取措施，發(fā)揮保護(hù)功能，保護(hù)電機(jī)不受損害。最后變頻器的節(jié)能功能也比較強(qiáng)大，隔膜泵的負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，這類機(jī)電在應(yīng)用變頻器后，保持較好的調(diào)速節(jié)電效果。同時(shí)，隔膜泵的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的150%，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般為額定轉(zhuǎn)矩的100%，那么在選取變頻器的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的變頻器，且制動(dòng)與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)以及過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)，還要求變頻器可以低速啟動(dòng)，有變頻調(diào)速的效果，最高頻率與額定頻率相等，并無(wú)要求其調(diào)速的精度以及響應(yīng)的速度。

3 變頻器在隔膜泵控制系統(tǒng)應(yīng)用中的問(wèn)題和對(duì)策

（1）環(huán)境問(wèn)題。結(jié)合日常經(jīng)驗(yàn)而言，一般應(yīng)用到隔膜泵的工業(yè)環(huán)境都比較惡劣，典型的行業(yè)比如化工行業(yè)、氧化鋁行業(yè)以及鐵礦產(chǎn)行業(yè)等，粉塵以及其他污染物比較多，所以綜合考慮到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜和惡劣，應(yīng)用于隔膜泵中的變頻器應(yīng)該安裝在控制柜中。在粉塵較多的環(huán)境下使用變頻器，必須采取正確、科學(xué)的措施保護(hù)變頻器設(shè)備，防護(hù)得當(dāng)能夠延長(zhǎng)變頻器的壽命，保證變頻器能夠正常工作。具體可以采取以下措施：將裝有變頻器的控制柜整體密封，請(qǐng)專業(yè)人員設(shè)計(jì)合理的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，保障正常的通風(fēng)；在控制柜的頂部加上防護(hù)網(wǎng)，設(shè)計(jì)防護(hù)頂蓋出風(fēng)口，在控制柜的底部加上底板，設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)口、進(jìn)線控，也要進(jìn)行防塵網(wǎng)的安裝。需要注意的是大部分變頻器廠家均未對(duì)變頻器的金屬結(jié)構(gòu)件、印制電路板進(jìn)行特殊防腐處理，當(dāng)變頻器處于腐蝕性氣體強(qiáng)的環(huán)境時(shí)，時(shí)間一長(zhǎng)，變頻器內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)非常容易腐壞。所以，在購(gòu)買變頻器的時(shí)候，要對(duì)變頻器的內(nèi)部設(shè)計(jì)提出要求，并且測(cè)試其抗腐蝕性能，從而減少機(jī)器購(gòu)買回來(lái)的被腐蝕的幾率。

（2）諧波問(wèn)題。大多變頻器采用的為晶閘管這類非線性電力電子元件，無(wú)論采用何種整流方式，變頻器于電網(wǎng)中都不能以連續(xù)正弦波的方式吸收能量，而是以脈動(dòng)的斷續(xù)方式。電網(wǎng)的沿路阻抗結(jié)合此類脈動(dòng)電流的共同作用，在電網(wǎng)的電壓上形成了脈動(dòng)電壓降疊加，從而促使電壓發(fā)生變化。根據(jù)傅立葉的級(jí)數(shù)分析理論，頻率一樣的基波和頻率大于基波的諧波共同組成了非同期的正弦波電流。這類諧波會(huì)對(duì)隔膜泵控制系統(tǒng)產(chǎn)生危害。首先對(duì)供電的線路而言，會(huì)產(chǎn)生附加的損耗。在集膚效應(yīng)與臨近效應(yīng)得到作用下，線路的電阻隨著頻率的上升而升高，產(chǎn)生的后果是浪費(fèi)電能；再者中性線在正常時(shí)，其電流比較小，相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線也比較細(xì)，如果三次諧波大量流過(guò)中性線，就會(huì)使得導(dǎo)線溫度過(guò)高，絕緣老化，進(jìn)而損壞，威脅到PLC 的電源。諧波還會(huì)造成各類電氣設(shè)備無(wú)法正常工作。對(duì)于PLC 的斷路器，如果電流波形經(jīng)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，諧波就會(huì)影響di/dt 過(guò)高，進(jìn)而造成開斷困難，使得故障電流的切除時(shí)間被延長(zhǎng)。此外諧波還會(huì)干擾儀表的精確度，對(duì)PLC 的通訊造成影響，會(huì)出現(xiàn)噪聲，使得通訊質(zhì)量下降，甚至還會(huì)丟失重要信息，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，降低儀表的精確度，從而促使PLC 不能及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)控，使得設(shè)備的壽命減短。針對(duì)諧波問(wèn)題，可以采取相應(yīng)的對(duì)策進(jìn)行改善。工作人員可以選用適當(dāng)?shù)碾娍蛊?。變頻器在電子電力器件的影響下，輸入電壓以及電流波都會(huì)出現(xiàn)畸變，且變頻器功率因數(shù)的計(jì)算也不能如常，以往是算電網(wǎng)電源基波中電壓和電流的余弦值，而這種情況下，要計(jì)算電源有功與無(wú)功的比值。變頻器的功率因素在一些情況下會(huì)變得很差，為了改變這種不良情況，可以將電抗器接入電網(wǎng)電源和變頻器的輸入端之間，使得電源與變頻器匹配度高，進(jìn)而達(dá)到改善功率因數(shù)的效果，降低諧波帶來(lái)的不良影響。在PLC 控制系統(tǒng)里，電源極其重要，PLC 控制系統(tǒng)中，供電電源與有直接電氣連接的儀表盤供電電源耦合進(jìn)入系統(tǒng)，就會(huì)形成電網(wǎng)干擾?，F(xiàn)在大部分PLC 的供電電源采用的都是隔離性的電源，而系統(tǒng)中有直接電氣連接的儀表盤供電電源也采用了隔離措施，但其隔離變送器的分布參數(shù)大，導(dǎo)致干擾能力差，且通過(guò)電源耦合進(jìn)行串入共模和差模干擾。因此在選擇儀表供電電源的時(shí)候，要注意選擇抑制帶大、電容小的配電器，從而減少PLC 系統(tǒng)帶來(lái)的干擾。還應(yīng)該對(duì)PLC 控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行抗干擾處理，提升系統(tǒng)的可靠性。比如數(shù)字濾波、工頻整形采樣，能夠降低周期性干擾，定時(shí)校正參考點(diǎn)電位以及動(dòng)態(tài)零點(diǎn)可以防止電位漂移，信息冗余技術(shù)和軟件標(biāo)志位能夠提升軟件結(jié)構(gòu)的科學(xué)性。還要合理地選擇與鋪設(shè)電纜，工作人員可以屏蔽電力電纜，降低電磁干擾，將動(dòng)力線與PLC 的信號(hào)線分開鋪設(shè)，可以使用雙絞線降低電磁干擾，變頻器動(dòng)力、控制電纜的屏蔽層在進(jìn)行安裝的時(shí)候需要接地，有些情況下還可以進(jìn)行穿管，在PLC 通訊介質(zhì)的選擇上，最好采用光纖介質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

先進(jìn)的交流變頻調(diào)控技術(shù)與高性能的變頻器在隔膜泵的應(yīng)用上越來(lái)越廣泛，也使得隔離泵的調(diào)速性能更加優(yōu)良，而變頻器與PLC 技術(shù)的結(jié)合，使得隔離泵的自動(dòng)化水平顯著上升，提高了隔離泵工作的有效性和可靠性。與此同時(shí)，在隔離泵上應(yīng)用變頻器，能夠有效節(jié)能節(jié)電，響應(yīng)了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的口號(hào)，也降低了企業(yè)的成本。本文主要探討了變頻器在隔膜泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的對(duì)策，促進(jìn)管道輸送行業(yè)的發(fā)展。