论文-用变频器控制压力调节阀的技术研究

基于变频控制技术的压力调节方法的研究与实现

摘要：长期以来，习惯于利用步进电机来控制电动调节阀，以实现压力、温度和液位等参数的自动控制。本文提出了一种利用变频器控制压力调节阀的方法，它具有实现简单、控制精确、价格低廉的特点。本方法的具体实现是利用PC微机与变频器之间的RS485通信，编写应用程序控制变频器的输出频率、输出相序和输出时间，以此来控制压力调节阀的开关，并结合压力传感器将系统压力传入PC微机，形成一个闭环控制系统。经实验测定表明可以达到预期的目的。

Abstract：People always use step motor to adjust the parameter such as pressure, temperature and the level of liquid. This article put forward a method using transducer to control the pressure adjuster, it has the virtues of simpleness, precision and low price. The method uses RS485 Bus between the PC and the transducer, programs the computer to change the output of the transducer to control the open and close of the electric adjuster, besides, uses pressure transmitter to form a closed control loop.

关键词：变频器电动调节阀压力调节阀 RS485总线

Key Words：Transducer，Electric Adjuster，Pressure Adjuster，RS485 Bus

1前言

某上个世纪80年代建造的钻井泵综合实验设备，限于当时的技术水平，其钻井泵出口压力的调节用一台三相电机通过减速器与一压力调节阀的阀杆连接，采用手动控制三相电机的起停和正反转，从而带动阀门的开启、关闭和定位来实现。显然，这种压力调节控制方法其操作控制的难度较大，系统压力难以精确调节控制，存在较大的危险性，所以需要重新设计，全面改造。为了减少资金投入，利用原系统的普通控制电机和高压压力调节阀，设计了一种用变频器调节控制电机的转速、转向和转动时间的方法来控制压力调节阀

以控制调节钻井泵的出口压力，取得了理想的效果。

2压力调节单元的硬件结构

图1为改造后的钻井泵出口压力调节单元硬件结构示意图。

图1 钻井泵出口压力调节单元硬件结构

钻井泵的入口和出口通过管线连接到一个水罐上，可形成一个流体循环回路。通过压力传感器将钻井泵出口压力信号接入微机，程序控制软件将其与设定压力做比较，采用增量式PID控制（自动运行状态下），将决定变频器的输出频率、电流方向和输出时间的PID 运算值通过RS485总线传送给变频器，从而控制三项电机的转速、转向和转角，再通过电机与调压阀之间的减速箱带动调压阀阀杆运动，将电机的转动转换为调压阀阀芯的上下运动以实现调压阀的开启、关闭和停位操作，以此来控制钻井泵的出口压力，形成一个闭环压力调节单元。

本控制单元的电机型号为JO2-32-B，380V，2.2KW,940转/分，变频器采用日本富士公司的2.2KW/FRN2.2G11S-4CX，为了实现对电机运转的精确调节控制，将变频器的内部参数设定为：①将E01～E03设为0、1、2、3，使X1～X4选定为SS1、SS2、SS3、SS4；②将X3与CM短接，选定多步频率4；③将F01设为10，由程序步控制电机运行；④将C21设为1，反复执行程序步，有关参数的功能可查询参考文献[1]。

参数设定以后，就可以通过PC微机设定参数C25（程序步4，电机运转的方向和程序步的运行时间）和C08（多步频率4，电机运转的频率值）的值，以此来控制电机运行。

在此有两点需要注意：①为了通过PC微机控制变频器的运转，已修改了变频器的内部参数，所以通过变频器操作面板无法调整变频器的输出频率和运转方向。只有将参数改为原来的默认值，才可以通过变频器操作面板操作变频器。②在系统压力处于高位时，应

将参数C21的值设定为0，每次只运行一个程序步，这样才可以精确控制压力调节。

3软件实现

程序控制可以采用两种方式：自动控制方式和手动控制方式。若采用自动控制方式，则利用设定压力值和压力传感器所采集的实际系统压力值的差值，采用增量式PID算法[2]，将△u(k)换算成变频器的输出频率和旋转方向，再将相应的参数传递给变频器，就可以控制压力调节阀的旋转方向和旋转速度，以达到使实际压力值接近或等于设定压力值的目的。其增量式PID算法如下式（1）：

△u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) (1) 式中，k——采样序号，k＝0，1，2 …

Kp——比例系数

T——采样周期

T

I

——积分时间常数

T

D

——微分时间常数

△u(k)——第k次采样时刻的计算机输出值

e(k)——第k次采样时刻输入的偏差值

e(k－1)——第k－1次采样时刻输入的偏差值

e(k－2)——第k－2次采样时刻输入的偏差值

A=Kp(1+T/T

I +T

D

/T)

B=Kp(1+2T

D

/T)

C=KpT

D

/T

若采用手动控制方式，可以调用“开阀”、“关阀”、“点动开阀”、“点动关阀”四个子程序来控制调压阀的开关以调节压力。其中“开阀”和“关阀”的功能是连续的开关阀，而“点动开阀”和“点动关阀”可以通过修改“等待时间”以达到点动的功能，便于精确地控制压力。其“关阀”和“点动关阀”的程序流程见图2。