高壓變頻器簡易瞬時(shí)值滯環(huán)比較控制的應(yīng)用

0 引言

注水泵是滿足油田注水，保證地層壓力的源設(shè)備，隨著油田開采進(jìn)入中后期，油田注水量也將逐年加大，注水耗電已占生產(chǎn)用電的19%，注水電費(fèi)占總電費(fèi)的16%，并呈逐年上升趨勢。在高壓注水系統(tǒng)中，高壓電機(jī)中大馬拉小車的現(xiàn)象比較普遍，注水泵泵壓與注水管線干壓之間存在較大的壓差，必須靠控制泵出口高壓回流閥門來保證注水管網(wǎng)的注水壓力，這樣既造成大量的電能被白白的消耗掉，同時(shí)又由于泵壓較高，對(duì)機(jī)泵的運(yùn)行及管道的使用十分不利。

通過安裝高壓變頻調(diào)速裝置后，依據(jù)注水管網(wǎng)需要的壓力進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，自動(dòng)調(diào)節(jié)注水量，既可節(jié)約大量的電能又能降低機(jī)泵的損耗，對(duì)降低生產(chǎn)成本有著十分積極的意義。在調(diào)試系統(tǒng)的過程中發(fā)現(xiàn)，靠普通的閉環(huán)控制，很難達(dá)到理想的控制狀態(tài)。通過大量的試驗(yàn)和觀測，系統(tǒng)采用簡易的瞬時(shí)值滯環(huán)比較控制方法，可收到較好的效果。

1 瞬時(shí)值滯環(huán)比較控制原理

在變頻器的閉環(huán)控制中，給定量和反饋量不停地進(jìn)行比較、計(jì)算，以求得動(dòng)態(tài)平衡，使控制系統(tǒng)穩(wěn)定于期望值的可變范圍內(nèi)。但是，這種計(jì)算是比較復(fù)雜的，若處理不好，會(huì)影響輸出，使變頻器處于不穩(wěn)定的控制中，甚至于造成過流或過壓保護(hù)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

在瞬時(shí)值滯環(huán)比較控制中，把指令值信號(hào)與實(shí)際的補(bǔ)償量信號(hào)進(jìn)行比較，用兩者的差值作為滯環(huán)比較的輸入信號(hào)，通過滯環(huán)比較產(chǎn)生控制信號(hào)。此信號(hào)再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)來控制實(shí)際產(chǎn)生的補(bǔ)償量，以跟蹤指令信號(hào)的變化。這一控制方式的原理如圖1所示。

在這種控制方式中，滯環(huán)的寬度H 對(duì)補(bǔ)償量的跟蹤性能有較大的影響。當(dāng)滯環(huán)寬度H 較大時(shí)，響應(yīng)速度慢，故對(duì)于控制量變化慢的場合，跟蹤誤差較大;當(dāng)滯環(huán)寬度H 小時(shí)，跟蹤誤差減小，響應(yīng)速度快。

這種控制方法的特點(diǎn)是：屬于實(shí)時(shí)控制方式，補(bǔ)償量的響應(yīng)速度較快;在控制中，如果滯環(huán)寬度H 固定，則補(bǔ)償量的跟蹤誤差范圍是固定的，但實(shí)際輸出的控制指令的變化速度是改變的。

2 在實(shí)際中的應(yīng)用

針對(duì)現(xiàn)場存在的問題，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造后的組成如圖2所示。

在調(diào)試應(yīng)用中系統(tǒng)干壓的變化范圍較大，一方面是干壓值小時(shí)，固定的滯環(huán)寬度可能使補(bǔ)償量的相對(duì)跟蹤誤差過大;另一方面是干壓值大時(shí)，固定的滯環(huán)寬度可能使實(shí)際輸出的控制指令的變化速度過快，外圍的變頻器來不及改變頻率，甚至導(dǎo)致變頻器上升和下降速度較快而使過壓或過流保護(hù)動(dòng)作。針對(duì)這種情況可以采用兩種對(duì)策：一是讓滯環(huán)寬度隨補(bǔ)償量的大小自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整;二是采用定時(shí)控制的瞬時(shí)值比較方式，控制原理如圖3所示。

在圖3 中，以定時(shí)控制的比較器代替滯環(huán)比較器，在每一個(gè)時(shí)間間隔對(duì)誤差判斷一次，使信號(hào)至少需要一個(gè)時(shí)間周期才變化一次，這樣就可以控制實(shí)際輸出的控制指令的變化速度。這種控制方式的不足是補(bǔ)償量的跟蹤誤差不固定，輸出信號(hào)毛刺忽大忽小。

系統(tǒng)中的可編程控制器采用了S7-200PLC，選用型號(hào)CPU224XP，該型號(hào)輸入14 點(diǎn)，輸出10點(diǎn)，同時(shí)帶2 路模擬量輸入，1路模擬量輸出，在線程序編輯容量為12 288 字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量為10 240字節(jié)。

在設(shè)計(jì)中采用一路模擬量輸入接收現(xiàn)場系統(tǒng)的配注壓力，然后通過PLC 內(nèi)部采用定時(shí)控制的瞬時(shí)值比較方式處理后，輸出一路模擬量去調(diào)整變頻器的頻率，即電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)整壓力的目的。該方式處理程序量較小，控制子程序如下。

3 結(jié)語

通過參數(shù)的調(diào)整和運(yùn)行，高壓變頻器運(yùn)行比較平穩(wěn)，性能可靠，簡便實(shí)用，節(jié)電效果明顯，改善了工作人員的工作環(huán)境，啟動(dòng)無沖擊電流，大大降低了維修費(fèi)用，提高了機(jī)組的使用壽命。