基于變頻技術的旋轉濾網控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于變頻技術的旋轉濾網控制方法。本發明是一種基于變頻器控制的濾網電機調速裝置，可以在濾網電機的轉速范圍內有級調節其轉動速率，并能在此設定轉速下高效率運行并保持良好的動態特性。與傳統濾網電機單一的由PLC控制相比，本發明具有如下有點：（1）能夠對濾網電機進行轉速定量控制，使其在具體工業環境下都能夠正常高效率的工作，節約電能。（2）很好的解決了三相異步電機工頻直接起動時對電網的沖擊以及對機械設備造成的不利影響，延長了濾網電機和濾網的使用壽命。（3）解決了由于濾網電機低速旋轉時，由于負載增大而轉矩不夠而造成的電機過流，控制系統保護，系統停機的現象。
【專利說明】基于變頻技術的旋轉濾網控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，具體說是一種通過變頻器來控制旋轉濾網電機進行變頻起動，低速、高速交替平滑變頻控制的一種方法。通過應用交流變頻技術控制三相異步電機，達到延長濾網電機使用壽命，提高清污效率和節約電能的目的。
【背景技術】
[0002]旋轉濾網系統是工業上循環冷卻水系統中的重要組成設備。它與上游攔污柵配合使用，可以有效地攔截來自江河海等地表水源的雜物以及大量生活垃圾等雜物，提高水的純凈度，使經過過濾后的水質符合要求。是水處理過程中的重要屏障。其結構示意圖見圖1。旋轉濾網由濾網電機驅動運轉，水流中被旋轉濾網攔截的雜物由濾網帶到排污槽入口處。與此同時，由沖洗水嘴噴出高壓水將濾網上的雜物沖進排污槽，從而實現對水流中污物清理功能。由于濾網電機工頻起動時，濾網電機轉速從0迅速上升到設定的低速轉動值。當濾網起動時，網中有時會有部分污物未被沖洗水嘴沖去而殘留在濾網中，這一部分殘留物作為濾網電機負載會在濾網電機工頻起動時導致濾網電機轉矩增大，瞬時電流增加，導致電機過流，進而導致控制系統保護，系統停機的現象，使電機不能正常運轉，濾網系統喪失功能。當濾網電機過流時，系統報警。通常通過人工排除卡在濾網中的污物來使濾網系統正常工作。這種方式不僅耗費人力，而且久而久之，會減少濾網電機使用壽命，或導致濾網電機出現嚴重故障。如何實現旋轉濾網電機工頻起動時，旋轉濾網有級變速至低速轉動，并能通過對電機負載的大小來調節轉速大小以防止系統停機。而當用水口液位與海水液位之間的水位差超過設定的閾值時，濾網電機能夠有級調節轉速，使濾網電機轉速根據用水口液位與海水液位的水位差變化而改變轉動速率。從而達到節約電能、減少電機故障的目的。隨著電力電子技術的不斷發展，控制穩定，精度高的變頻器技術越來越多的應用于電動機轉速控制領域，變頻調速能明顯改善電動機的起動特性，大幅降低電動機的起動電流，增加起動轉矩和節約電能，取得了很好的實際效果。
[0003]分析已有專利:
(I)發明專利名稱:旋轉濾網的傳動機構(專利號:201220472382.4)，該發明公開了一種旋轉濾網主軸軸承的防水裝置，有效地防止沖洗水順著主軸流入軸承座內腐蝕軸承，提高了軸承的使用壽命和工作效率。
[0004]該專利沒有涉及到對旋轉濾網的控制，不能夠解決對旋轉濾網的工頻起動和低速、聞速有級調速等問題。
[0005](2)發明專利名稱:旋轉濾網的傳動機構(專利號:201210343555.7)該專利公開了一種旋轉濾網的傳動機構，解決了采用鏈傳動機構使得機構龐大，無密封裝置，使用壽命短等特點。提供了一種合理的旋轉濾網的傳動機構，從而使其傳動平穩，延長機構使用壽命。
[0006]該專利只是單純通過改變傳動機構來使其傳動平穩、可靠。不能使旋轉濾網根據水位差變化來進行調速。
[0007](3)發明專利名稱:外進水三角形旋轉濾網機構(專利號:201010205746.8)該專利提供了一種解決旋轉濾網中的端板剛性不好，容易變形，導致框架被拉壞等缺點方法的。改善了清污效果。
[0008]該專利只是單純通過加裝三角形端板來改善清污效果，不涉及對濾網電機的控制。
[0009](4)發明專利名稱:旋轉濾網鏈長自動檢測裝置(專利號:201220472454.5)該專利公開了一種自動檢測鏈長的方法，有效地預防了鏈條磨損導致節距邊長的問題，保護了旋轉濾網的正常運行。
[0010]該專利只是對旋轉濾網鏈條的自動檢測，沒有涉及對旋轉濾網電機的控制和改進。
[0011](5)發明專利名稱:一種核電站鼓型濾網液壓驅動裝置(專利號:201320157087.4)該專利公開了一種核電站鼓型濾網液壓驅動裝置，能很好的解決因為低、高速頻繁交換導致濾網電機的齒輪易磨損，使設備使用壽命不高的問題。
[0012]該專利只是對在濾網電機在低、高速運行時的齒輪磨損情況下，對齒輪的保護，不涉及濾網電機的轉動控制。
[0013]通過對已有的旋轉濾網的改進措施分析，每個專利都有各自的應用背景，大部分都是通過對濾網本身機械結構的改進，以減少旋轉濾網故障，從而保護濾網電機。沒有涉及通過對旋轉濾網電機的控制方法的改進來增加旋轉濾網的清污效果和延長使用壽命。
【發明內容】
[0014]發明目的:本發明旨在提供一種應用交流變頻技術控制旋轉濾網電動機變頻起動，高速、低速交替平滑變換控制的一種方法。通過應用交流變頻技術控制三相異步電機，達到延長濾網電機使用壽命，提高清污效率和節約電能的目的。
[0015]技術方案:本發明是通過以下技術方案來實現的:
一種基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:該方法利用PLC，變頻器，三相異步電機以及外圍設備實施，該方法利用PLC控制變頻器的工頻起動、低速、高速有極調速轉動和點動控制旋轉濾網電機，當濾網開始運行時，利用變頻器控制濾網電機轉動頻率由OHz平滑的上升到濾網電機低速旋轉時所需的轉動頻率，根據需要有級調節濾網電機低速轉速，使濾網電機能在此轉速下高效率運行，并且能保持良好的動態特性；當通過PLC發出高速轉動指令時，利用變頻器調節濾網電機由低速運行平滑的轉變為高速運行，根據需要有級調節濾網電機高速轉速，使濾網電機在此轉速下高效率運行；當需要對濾網進行檢修時，可對濾網進行正轉、反轉的點動控制，上述動作均可以根據需要進行輸出頻率設置。
[0016]當用水口液位與海水液位的水位差達到設定閾值時，利用PLC發送給變頻器一個濾網高速運轉指令，使變頻器控制濾網電機由低速旋轉時的轉動頻率向高速運轉時的轉動頻率平滑上升。
[0017]當濾網電機轉速從0平滑的上升到低速轉動速率低速轉動，此時濾網電機轉速由變頻器人工設定，可設定為濾網電機轉速范圍內的某一值，并可設定起動上升時間，即利用變頻器控制的濾網電機經過多長時間后，濾網電機轉速達到預設值；當有污物附著在濾網上并導致用水口液位與海水液位之間的水位差達到預定值時，液位傳感器將液位信號傳送至PLC，PLC經過判斷、處理，發送一個開關信號至變頻器，變頻器控制濾網電機由當前低速轉動的預設值平滑加速到高速轉動時的預設值；同樣能設定到達高速轉動時的加速時間。
[0018]控制器為西門子PLC S7-200，變頻器為安川Varispeed F7B20P4，將PLC的輸出端子接入變頻器的輸入接線端子，從變頻器的數字操作器上設定變頻器的起動時間、力口速時間等設定值；對于安川F7系列變頻器，起動時間、加速時間設置需在指定參數區域設定，，將旋鈕SBl切換至手動位置時，變頻器手動運行。三位旋鈕開關SAl控制濾網電機的正轉、反轉和停止；當SAl切換至正轉位置時，濾網電機正轉；當SAl在中間位置時，濾網電機停止運行；當SAl切換至反轉位置時，濾網電機反轉；正轉、反轉和點動時變頻器的輸出頻率可由變頻器數字操作器控制調節。
[0019]濾網電機的轉速分為8段轉速，其中正轉轉速由Al端信號調節速度，反轉由A2端信號調節速度，其余6段轉速在變頻器指定參數區域設定，段速指令邏輯分配可由變頻器說明書查得。
[0020]SB3、SB4控制段速度的切換，按一次“加段號”按鈕，轉速的段號加1，第7段時按下“加段號”，由于已到達到預設定的段速最高段；按鈕不起作用；按一次“減段號”時，轉速的段號減1，第0段時按“減段號”，由于已經達到個預設定的段速最低段，按鈕不起作用；當前段速可由變頻器數字操作器屏幕顯示，段速設定在變頻器指定參數區域設定。
[0021]用SB5按鈕控制濾網電機的點動，當開關SAl接到正轉運行模式時，按一下SB5點動按鈕，變頻器控制濾網電機正向點動，當SAl接到反轉運行模式時，按一下SB5點動按鈕，變頻器控制濾網電機反向點動；在點動運行模式下，點動按鈕均為自鎖狀態；即只要按下點動按鈕，濾網電機按照設定時間動作，其動作時間可以按照需要由PLC程序進行設定；變頻器點動輸出頻率在變頻器指定參數區域設定。通過以上的操作完成了通過變頻技術對旋轉濾網的控制。
[0022]變頻器自動運行時，上述動作均由PLC程序控制。
[0023]優點及效果:本發明是一種基于變頻器控制的濾網電機調速裝置，可以在濾網電機的轉速范圍內有級調節其轉動速率，并能在此設定轉速下高效率運行并保持良好的動態特性。與傳統濾網電機單一的由PLC控制相比，本發明具有如下有點:
(I)能夠對濾網電機進行轉速定量控制，使其在具體工業環境下都能夠正常高效率的工作，節約電能。
[0024](2)很好的解決了三相異步電機工頻直接起動時對電網的沖擊以及對機械設備造成的不利影響，延長了濾網電機和濾網的使用壽命。
[0025](3)解決了由于濾網電機低速旋轉時，由于負載增大而轉矩不夠而造成的電機過流，控制系統保護，系統停機的現象。
[0026]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1濾網結構示意圖。圖中I為濾網電機主軸，2為沖洗水嘴，3為濾網，4為排污槽，5為用水口，6為海水，7為地面。
[0027]圖2本發明控制系統框圖。
[0028]圖3本發明系統控制回路接線示意圖，由PLC、變頻器及外圍設備組成 圖4本發明系統主回路接線圖，由三相電網、變頻器、斷路器、濾網電機組成。[0029]圖5沖洗水嘴電機主回路接線圖。由三相電網、斷路器、接觸器、繼電器、沖洗水嘴電機組成。
[0030]【具體實施方式】:下面結合附圖對本發明做進一步的說明:
濾網結構示意圖如圖1所示，本發明提供一種基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:該方法利用變頻器，PLC，三相異步電機以及外圍設備實施，該方法利用PLC控制變頻器的工頻起動、低速、高速交替平滑變換和點動控制，當濾網開始運行時，利用變頻器控制濾網電機轉動頻率由OHz平滑的上升到濾網電機低速旋轉時所需的轉動頻率，根據需要有級調節濾網電機低速轉速，使濾網電機能在此轉速下高效率運行，并且能保持良好的動態特性；當通過PLC發出高速轉動指令時，利用變頻器調節濾網電機由低速運行平滑的轉變為高速運行，根據需要有級調節濾網電機高速轉速，使濾網電機在此轉速下高效率運行；當需要對濾網進行檢修時，可對濾網進行正轉、反轉的點動控制，上述動作均可以根據需要進行輸出頻率設置。
[0031]控制系統框圖如圖2所示，液位傳感器分別測量用水口液位與海水液位，當用水口液位與海水液位的水位差達到設定閾值時，液位傳感器將液位信號傳送至PLC，PLC經過判斷、處理，發送一個開關信號至變頻器，使變頻器控制濾網電機由低速旋轉時的轉動頻率向高速運轉時的轉動頻率平滑上升。當用水口液位與海水液位的水位差誤差值時，液位傳感器將液位信號傳送至PLC，PLC經過判斷、處理，發送一個開關信號至變頻器，使變頻器控制濾網電機由高速旋轉時的轉動頻率向低速運轉時的轉動頻率平滑下降。通過以上動作，可以達到延長濾網電機使用壽命，提高清污效率和節約電能的目的。
其控制回路連接關系如圖3所示，本設計分為手動與自動兩種運行模式，當旋鈕切換至自動檔時，由PLC程序控制旋轉濾網動作；當旋鈕切換至手動檔時，由圖2所示的按鈕控制旋轉濾網的動作。按鈕SB3和按鈕SB4分別控制濾網電機有級轉速擋位。電位器A1、A2分別控制濾網電機的正轉、反轉速度。三位旋鈕開關SAl控制濾網電機的正轉、反轉和停止。按鈕SB5控制濾網電機的點動運行。當濾網電機轉速從0平滑的上升到低速轉動速率低速轉動，此時濾網電機轉速由變頻器人工設定，可設定為濾網電機轉速范圍內的某一值，并可設定起動上升時間，即利用變頻器控制的濾網電機經過多長時間后，濾網電機轉速達到預設值；當有污物附著在濾網上并導致用水口液位與海水液位之間的水位差達到預定值時，液位傳感器將液位信號傳送至PLC，PLC經過判斷、處理，發送一個開關信號至變頻器，變頻器控制濾網電機由當前低速轉動的預設值平滑加速到高速轉動時的預設值；同樣能設定到達高速轉動時的加速時間。
[0032]具體步驟如下:
從變頻器的數字操作器上設定變頻器的起動時間、加速時間等設定值。對于安川F7系列變頻器，起動時間和加速時間等可在指定參數區域設定。當在手動模式下運行時，三位旋鈕開關SAl通過切換位置來控制濾網電機的正轉、反轉和停止。當SAl切換至正轉位置時，濾網電機正轉。當SAl在中間位置時，濾網電機停止運行。當SAl切換至反轉位置時，濾網電機反轉。正轉、反轉時變頻器的輸出頻率均可由數字操作器控制調節。
[0033]本設計用按鈕SB3和SB4控制手動模式下段速度的切換。按一次“加段號”按鈕，轉速的段號加1，第7段時按下“加段號”，由于已到達到預設定的段速最高段。按鈕不起作用。按一次“減段號”時，轉速的段號減1，第0段時按“減段號”，由于已經達到個預設定的段速最低段，按鈕不起作用。其當前段速在變頻器數字操作器上顯示。段速設定在指定參數區域設定。當自動模式時，其段速度切換由PLC根據水位差信號進行程序控制。濾網電機的正轉、反轉轉速由模擬量輸出模塊的MO、IO端口又程序進行控制。
[0034]本設計用SB5按鈕控制濾網電機的點動。當開關SAl接到正轉運行模式時，按一下SB5點動按鈕，變頻器控制濾網電機正向點動。當SAl接到反轉運行模式時，按一下SB5點動按鈕，變頻器控制濾網電機反向點動。在點動運行模式下，點動按鈕均為自鎖狀態。即只要按下點動按鈕，濾網電機按照設定時間動作，其動作時間可以按照需要由PLC程序進行設定。變頻器點動輸出頻率在指定參數區域設定。通過以上的操作完成了通過變頻技術對旋轉濾網的控制。
【權利要求】
1.一種基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:該方法利用PLC，變頻器，三相異步電機以及外圍設備實施，該方法利用PLC控制變頻器的工頻起動、低速、高速有極調速轉動和點動控制旋轉濾網電機，當濾網開始運行時，利用變頻器控制濾網電機轉動頻率由OHz平滑的上升到濾網電機低速旋轉時所需的轉動頻率，根據需要有級調節濾網電機低速轉速，使濾網電機能在此轉速下高效率運行，并且能保持良好的動態特性；當通過PLC發出高速轉動指令時，利用變頻器調節濾網電機由低速運行平滑的轉變為高速運行，根據需要有級調節濾網電機高速轉速，使濾網電機在此轉速下高效率運行；當需要對濾網進行檢修時，可對濾網進行正轉、反轉的點動控制，上述動作均可以根據需要進行輸出頻率設置。
2.根據權利要求1所述的基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:當用水口液位與海水液位的水位差達到設定閾值時，利用PLC發送給變頻器一個濾網高速運轉指令，使變頻器控制濾網電機由低速旋轉時的轉動頻率向高速運轉時的轉動頻率平滑上升。
3.根據權利要求1所述的基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:當濾網電機轉速從0平滑的上升到低速轉動速率低速轉動，此時濾網電機轉速由變頻器人工設定，可設定為濾網電機轉速范圍內的某一值，并可設定起動上升時間，即利用變頻器控制的濾網電機經過多長時間后，濾網電機轉速達到預設值；當有污物附著在濾網上并導致用水口液位與海水液位之間的水位差達到預定值時，液位傳感器將液位信號傳送至PLC，PLC經過判斷、處理，發送一個開關信號至變頻器，變頻器控制濾網電機由當前低速轉動的預設值平滑加速到高速轉動時的預設值；同樣能設定到達高速轉動時的加速時間。
4.根據權利要求1所述的基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:控制器為西門子PLC S7-200，變頻器為安川Varispeed F7B20P4，將PLC的輸出端子接入變頻器的輸入接線端子，從變頻器的數字操作器上設定變頻器的起動時間、加速時間等設定值；對于安川F7系列變頻器，起動時間、加速時間設置需在指定參數區域設定，，將旋鈕SBl切換至手動位置時，變頻器手動運行；三位旋鈕開關SAl控制濾網電機的正轉、反轉和停止；iSAl切換至正轉位置時，濾網電機正轉；當SAl在中間位置時，濾網電機停止運行；當SAl切換至反轉位置時，濾網電機反轉；正轉、反轉和點動時變頻器的輸出頻率可由變頻器數字操作器控制調節。
5.根據權利要求4所述的基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:濾網電機的轉速分為8段轉速，其中正轉轉速由Al端信號調節速度，反轉由A2端信號調節速度，其余6段轉速在變頻器指定參數區域設定，段速指令邏輯分配可由變頻器說明書查得。
6.根據權利要求4所述的基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:SB3、SB4控制段速度的切換，按一次“加段號”按鈕，轉速的段號加1，第7段時按下“加段號”，由于已到達到預設定的段速最高段；按鈕不起作用；按一次“減段號”時，轉速的段號減1，第0段時按“減段號”，由于已經達到個預設定的段速最低段，按鈕不起作用；當前段速可由變頻器數字操作器屏幕顯示，段速設定在變頻器指定參數區域設定。
7.根據權利要求4所述的基于變頻技術的旋轉濾網控制方法，其特征在于:用SB5按鈕控制濾網電機的點動，當開關SAl接到正轉運行模式時，按一下SB5點動按鈕，變頻器控制濾網電機正向點動，當SAl接到反轉運行模式時，按一下SB5點動按鈕，變頻器控制濾網電機反向點動；在點動運行模式下，點動按鈕均為自鎖狀態；即只要按下點動按鈕，濾網電機按照設定時間動作，其動作時間可以按照需要由PLC程序進行設定；變頻器點動輸出頻率在變頻器指定參數區域設定；通過以上的操作完成了通過變頻技術對旋轉濾網的控制；變頻器自動運行時，上述動作均由PLC程序控制。
【文檔編號】H02P27/04GK103595332SQ201310607265
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】車新生, 鄭己, 李瑩, 李茂東, 孫顯龍 申請人:沈陽工業大學