高壓變頻器簡易瞬時值滯環比較控制的應用

0 引言

注水泵是滿足油田注水，保證地層壓力的源設備，隨著油田開采進入中后期，油田注水量也將逐年加大，注水耗電已占生產用電的19%，注水電費占總電費的16%，并呈逐年上升趨勢。在高壓注水系統中，高壓電機中大馬拉小車的現象比較普遍，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的注水壓力，這樣既造成大量的電能被白白的消耗掉，同時又由于泵壓較高，對機泵的運行及管道的使用十分不利。

通過安裝高壓變頻調速裝置后，依據注水管網需要的壓力進行參數設定，自動調節注水量，既可節約大量的電能又能降低機泵的損耗，對降低生產成本有著十分積極的意義。在調試系統的過程中發現，靠普通的閉環控制，很難達到理想的控制狀態。通過大量的試驗和觀測，系統采用簡易的瞬時值滯環比較控制方法，可收到較好的效果。

1 瞬時值滯環比較控制原理

在變頻器的閉環控制中，給定量和反饋量不停地進行比較、計算，以求得動態平衡，使控制系統穩定于期望值的可變范圍內。但是，這種計算是比較復雜的，若處理不好，會影響輸出，使變頻器處于不穩定的控制中，甚至于造成過流或過壓保護，影響設備的正常運行。

在瞬時值滯環比較控制中，把指令值信號與實際的補償量信號進行比較，用兩者的差值作為滯環比較的輸入信號，通過滯環比較產生控制信號。此信號再經過驅動來控制實際產生的補償量，以跟蹤指令信號的變化。這一控制方式的原理如圖1所示。

在這種控制方式中，滯環的寬度H 對補償量的跟蹤性能有較大的影響。當滯環寬度H 較大時，響應速度慢，故對于控制量變化慢的場合，跟蹤誤差較大;當滯環寬度H 小時，跟蹤誤差減小，響應速度快。

這種控制方法的特點是：屬于實時控制方式，補償量的響應速度較快;在控制中，如果滯環寬度H 固定，則補償量的跟蹤誤差范圍是固定的，但實際輸出的控制指令的變化速度是改變的。

2 在實際中的應用

針對現場存在的問題，對系統進行優化改造后的組成如圖2所示。

在調試應用中系統干壓的變化范圍較大，一方面是干壓值小時，固定的滯環寬度可能使補償量的相對跟蹤誤差過大;另一方面是干壓值大時，固定的滯環寬度可能使實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，甚至導致變頻器上升和下降速度較快而使過壓或過流保護動作。針對這種情況可以采用兩種對策：一是讓滯環寬度隨補償量的大小自動地進行調整;二是采用定時控制的瞬時值比較方式，控制原理如圖3所示。

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

系統中的可編程控制器采用了S7-200PLC，選用型號CPU224XP，該型號輸入14 點，輸出10點，同時帶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，數據存儲器的容量為10 240字節。

在設計中采用一路模擬量輸入接收現場系統的配注壓力，然后通過PLC 內部采用定時控制的瞬時值比較方式處理后，輸出一路模擬量去調整變頻器的頻率，即電機轉速，達到調整壓力的目的。該方式處理程序量較小，控制子程序如下。

3 結語

通過參數的調整和運行，高壓變頻器運行比較平穩，性能可靠，簡便實用，節電效果明顯，改善了工作人員的工作環境，啟動無沖擊電流，大大降低了維修費用，提高了機組的使用壽命。