CN103595332A - 基于变频技术的旋转滤网控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变频技术的旋转滤网控制方法。本发明是一种基于变频器控制的滤网电机调速装置，可以在滤网电机的转速范围内有级调节其转动速率，并能在此设定转速下高效率运行并保持良好的动态特性。与传统滤网电机单一的由PLC控制相比，本发明具有如下有点：（1）能够对滤网电机进行转速定量控制，使其在具体工业环境下都能够正常高效率的工作，节约电能。（2）很好的解决了三相异步电机工频直接起动时对电网的冲击以及对机械设备造成的不利影响，延长了滤网电机和滤网的使用寿命。（3）解决了由于滤网电机低速旋转时，由于负载增大而转矩不够而造成的电机过流，控制系统保护，系统停机的现象。

Description

基于变频技术的旋转滤网控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于变频技术的旋转滤网控制方法，具体说是一种通过变频器来控制旋转滤网电机进行变频起动，低速、高速交替平滑变频控制的一种方法。通过应用交流变频技术控制三相异步电机，达到延长滤网电机使用寿命，提高清污效率和节约电能的目的。

背景技术

旋转滤网系统是工业上循环冷却水系统中的重要组成设备。它与上游拦污栅配合使用，可以有效地拦截来自江河海等地表水源的杂物以及大量生活垃圾等杂物，提高水的纯净度，使经过过滤后的水质符合要求。是水处理过程中的重要屏障。其结构示意图见图1。旋转滤网由滤网电机驱动运转，水流中被旋转滤网拦截的杂物由滤网带到排污槽入口处。与此同时，由冲洗水嘴喷出高压水将滤网上的杂物冲进排污槽，从而实现对水流中污物清理功能。由于滤网电机工频起动时，滤网电机转速从0迅速上升到设定的低速转动值。当滤网起动时，网中有时会有部分污物未被冲洗水嘴冲去而残留在滤网中，这一部分残留物作为滤网电机负载会在滤网电机工频起动时导致滤网电机转矩增大，瞬时电流增加，导致电机过流，进而导致控制系统保护，系统停机的现象，使电机不能正常运转，滤网系统丧失功能。当滤网电机过流时，系统报警。通常通过人工排除卡在滤网中的污物来使滤网系统正常工作。这种方式不仅耗费人力，而且久而久之，会减少滤网电机使用寿命，或导致滤网电机出现严重故障。如何实现旋转滤网电机工频起动时，旋转滤网有级变速至低速转动，并能通过对电机负载的大小来调节转速大小以防止系统停机。而当用水口液位与海水液位之间的水位差超过设定的阈值时，滤网电机能够有级调节转速，使滤网电机转速根据用水口液位与海水液位的水位差变化而改变转动速率。从而达到节约电能、减少电机故障的目的。随着电力电子技术的不断发展，控制稳定，精度高的变频器技术越来越多的应用于电动机转速控制领域，变频调速能明显改善电动机的起动特性，大幅降低电动机的起动电流，增加起动转矩和节约电能，取得了很好的实际效果。

分析已有专利：

（1）发明专利名称：旋转滤网的传动机构（专利号：201220472382.4），该发明公开了一种旋转滤网主轴轴承的防水装置，有效地防止冲洗水顺着主轴流入轴承座内腐蚀轴承，提高了轴承的使用寿命和工作效率。

该专利没有涉及到对旋转滤网的控制，不能够解决对旋转滤网的工频起动和低速、高速有级调速等问题。

（2）发明专利名称：旋转滤网的传动机构（专利号：201210343555.7）该专利公开了一种旋转滤网的传动机构，解决了采用链传动机构使得机构庞大，无密封装置，使用寿命短等特点。提供了一种合理的旋转滤网的传动机构，从而使其传动平稳，延长机构使用寿命。

该专利只是单纯通过改变传动机构来使其传动平稳、可靠。不能使旋转滤网根据水位差变化来进行调速。

（3）发明专利名称：外进水三角形旋转滤网机构（专利号：201010205746.8）该专利提供了一种解决旋转滤网中的端板刚性不好，容易变形，导致框架被拉坏等缺点方法的。改善了清污效果。

该专利只是单纯通过加装三角形端板来改善清污效果，不涉及对滤网电机的控制。

（4）发明专利名称：旋转滤网链长自动检测装置（专利号：201220472454.5）该专利公开了一种自动检测链长的方法，有效地预防了链条磨损导致节距边长的问题，保护了旋转滤网的正常运行。

该专利只是对旋转滤网链条的自动检测，没有涉及对旋转滤网电机的控制和改进。

（5）发明专利名称：一种核电站鼓型滤网液压驱动装置（专利号：201320157087.4）该专利公开了一种核电站鼓型滤网液压驱动装置，能很好的解决因为低、高速频繁交换导致滤网电机的齿轮易磨损，使设备使用寿命不高的问题。

该专利只是对在滤网电机在低、高速运行时的齿轮磨损情况下，对齿轮的保护，不涉及滤网电机的转动控制。

通过对已有的旋转滤网的改进措施分析，每个专利都有各自的应用背景，大部分都是通过对滤网本身机械结构的改进，以减少旋转滤网故障，从而保护滤网电机。没有涉及通过对旋转滤网电机的控制方法的改进来增加旋转滤网的清污效果和延长使用寿命。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种应用交流变频技术控制旋转滤网电动机变频起动，高速、低速交替平滑变换控制的一种方法。通过应用交流变频技术控制三相异步电机，达到延长滤网电机使用寿命，提高清污效率和节约电能的目的。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：该方法利用PLC，变频器，三相异步电机以及外围设备实施，该方法利用PLC控制变频器的工频起动、低速、高速有极调速转动和点动控制旋转滤网电机，当滤网开始运行时，利用变频器控制滤网电机转动频率由0Hz平滑的上升到滤网电机低速旋转时所需的转动频率，根据需要有级调节滤网电机低速转速，使滤网电机能在此转速下高效率运行，并且能保持良好的动态特性；当通过PLC发出高速转动指令时，利用变频器调节滤网电机由低速运行平滑的转变为高速运行，根据需要有级调节滤网电机高速转速，使滤网电机在此转速下高效率运行；当需要对滤网进行检修时，可对滤网进行正转、反转的点动控制，上述动作均可以根据需要进行输出频率设置。

当用水口液位与海水液位的水位差达到设定阈值时，利用PLC发送给变频器一个滤网高速运转指令，使变频器控制滤网电机由低速旋转时的转动频率向高速运转时的转动频率平滑上升。

当滤网电机转速从0平滑的上升到低速转动速率低速转动，此时滤网电机转速由变频器人工设定，可设定为滤网电机转速范围内的某一值，并可设定起动上升时间，即利用变频器控制的滤网电机经过多长时间后，滤网电机转速达到预设值；当有污物附着在滤网上并导致用水口液位与海水液位之间的水位差达到预定值时，液位传感器将液位信号传送至PLC，PLC经过判断、处理，发送一个开关信号至变频器，变频器控制滤网电机由当前低速转动的预设值平滑加速到高速转动时的预设值；同样能设定到达高速转动时的加速时间。

控制器为西门子PLC S7-200，变频器为安川Varispeed  F7B20P4，将PLC的输出端子接入变频器的输入接线端子，从变频器的数字操作器上设定变频器的起动时间、加速时间等设定值；对于安川F7系列变频器，起动时间、加速时间设置需在指定参数区域设定，，将旋钮SB1切换至手动位置时，变频器手动运行。三位旋钮开关SA1控制滤网电机的正转、反转和停止；当SA1切换至正转位置时，滤网电机正转；当SA1在中间位置时，滤网电机停止运行；当SA1切换至反转位置时，滤网电机反转；正转、反转和点动时变频器的输出频率可由变频器数字操作器控制调节。

滤网电机的转速分为8段转速，其中正转转速由A1端信号调节速度，反转由A2端信号调节速度，其余6段转速在变频器指定参数区域设定，段速指令逻辑分配可由变频器说明书查得。

SB3、SB4控制段速度的切换，按一次“加段号”按钮，转速的段号加1，第7段时按下“加段号”，由于已到达到预设定的段速最高段；按钮不起作用；按一次“减段号”时，转速的段号减1，第0段时按“减段号”，由于已经达到个预设定的段速最低段，按钮不起作用；当前段速可由变频器数字操作器屏幕显示，段速设定在变频器指定参数区域设定。

用SB5按钮控制滤网电机的点动，当开关SA1接到正转运行模式时，按一下SB5点动按钮，变频器控制滤网电机正向点动，当SA1接到反转运行模式时，按一下SB5点动按钮，变频器控制滤网电机反向点动；在点动运行模式下，点动按钮均为自锁状态；即只要按下点动按钮，滤网电机按照设定时间动作，其动作时间可以按照需要由PLC程序进行设定；变频器点动输出频率在变频器指定参数区域设定。通过以上的操作完成了通过变频技术对旋转滤网的控制。

变频器自动运行时，上述动作均由PLC程序控制。

优点及效果：本发明是一种基于变频器控制的滤网电机调速装置，可以在滤网电机的转速范围内有级调节其转动速率，并能在此设定转速下高效率运行并保持良好的动态特性。与传统滤网电机单一的由PLC控制相比，本发明具有如下有点：

（1）能够对滤网电机进行转速定量控制，使其在具体工业环境下都能够正常高效率的工作，节约电能。

（2）很好的解决了三相异步电机工频直接起动时对电网的冲击以及对机械设备造成的不利影响，延长了滤网电机和滤网的使用寿命。

（3）解决了由于滤网电机低速旋转时，由于负载增大而转矩不够而造成的电机过流，控制系统保护，系统停机的现象。

附图说明：

图 1 滤网结构示意图。图中1为滤网电机主轴，2为冲洗水嘴，3为滤网，4为排污槽，5为用水口，6为海水，7为地面。

图 2 本发明控制系统框图。

图 3 本发明系统控制回路接线示意图，由PLC、变频器及外围设备组成

图 4本发明系统主回路接线图，由三相电网、变频器、断路器、滤网电机组成。

图 5冲洗水嘴电机主回路接线图。由三相电网、断路器、接触器、继电器、冲洗水嘴电机组成。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

滤网结构示意图如图1所示，本发明提供一种基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：该方法利用变频器，PLC，三相异步电机以及外围设备实施，该方法利用PLC控制变频器的工频起动、低速、高速交替平滑变换和点动控制，当滤网开始运行时，利用变频器控制滤网电机转动频率由0Hz平滑的上升到滤网电机低速旋转时所需的转动频率，根据需要有级调节滤网电机低速转速，使滤网电机能在此转速下高效率运行，并且能保持良好的动态特性；当通过PLC发出高速转动指令时，利用变频器调节滤网电机由低速运行平滑的转变为高速运行，根据需要有级调节滤网电机高速转速，使滤网电机在此转速下高效率运行；当需要对滤网进行检修时，可对滤网进行正转、反转的点动控制，上述动作均可以根据需要进行输出频率设置。

控制系统框图如图2所示，液位传感器分别测量用水口液位与海水液位，当用水口液位与海水液位的水位差达到设定阈值时，液位传感器将液位信号传送至PLC，PLC经过判断、处理，发送一个开关信号至变频器，使变频器控制滤网电机由低速旋转时的转动频率向高速运转时的转动频率平滑上升。当用水口液位与海水液位的水位差误差值时，液位传感器将液位信号传送至PLC，PLC经过判断、处理，发送一个开关信号至变频器，使变频器控制滤网电机由高速旋转时的转动频率向低速运转时的转动频率平滑下降。通过以上动作，可以达到延长滤网电机使用寿命，提高清污效率和节约电能的目的。                                      

其控制回路连接关系如图3所示，本设计分为手动与自动两种运行模式，当旋钮切换至自动档时，由PLC程序控制旋转滤网动作；当旋钮切换至手动档时，由图2所示的按钮控制旋转滤网的动作。按钮SB3和按钮SB4分别控制滤网电机有级转速挡位。电位器A1、A2分别控制滤网电机的正转、反转速度。三位旋钮开关SA1控制滤网电机的正转、反转和停止。按钮SB5控制滤网电机的点动运行。当滤网电机转速从0平滑的上升到低速转动速率低速转动，此时滤网电机转速由变频器人工设定，可设定为滤网电机转速范围内的某一值，并可设定起动上升时间，即利用变频器控制的滤网电机经过多长时间后，滤网电机转速达到预设值；当有污物附着在滤网上并导致用水口液位与海水液位之间的水位差达到预定值时，液位传感器将液位信号传送至PLC，PLC经过判断、处理，发送一个开关信号至变频器，变频器控制滤网电机由当前低速转动的预设值平滑加速到高速转动时的预设值；同样能设定到达高速转动时的加速时间。

具体步骤如下：

从变频器的数字操作器上设定变频器的起动时间、加速时间等设定值。对于安川F7系列变频器，起动时间和加速时间等可在指定参数区域设定。当在手动模式下运行时，三位旋钮开关SA1通过切换位置来控制滤网电机的正转、反转和停止。当SA1切换至正转位置时，滤网电机正转。当SA1在中间位置时，滤网电机停止运行。当SA1切换至反转位置时，滤网电机反转。正转、反转时变频器的输出频率均可由数字操作器控制调节。

本设计用按钮SB3和SB4控制手动模式下段速度的切换。按一次“加段号”按钮，转速的段号加1，第7段时按下“加段号”，由于已到达到预设定的段速最高段。按钮不起作用。按一次“减段号”时，转速的段号减1，第0段时按“减段号”，由于已经达到个预设定的段速最低段，按钮不起作用。其当前段速在变频器数字操作器上显示。段速设定在指定参数区域设定。当自动模式时，其段速度切换由PLC根据水位差信号进行程序控制。滤网电机的正转、反转转速由模拟量输出模块的M0、I0端口又程序进行控制。

本设计用SB5按钮控制滤网电机的点动。当开关SA1接到正转运行模式时，按一下SB5点动按钮，变频器控制滤网电机正向点动。当SA1接到反转运行模式时，按一下SB5点动按钮，变频器控制滤网电机反向点动。在点动运行模式下，点动按钮均为自锁状态。即只要按下点动按钮，滤网电机按照设定时间动作，其动作时间可以按照需要由PLC程序进行设定。变频器点动输出频率在指定参数区域设定。通过以上的操作完成了通过变频技术对旋转滤网的控制。

Claims (7)

1.一种基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：该方法利用PLC，变频器，三相异步电机以及外围设备实施，该方法利用PLC控制变频器的工频起动、低速、高速有极调速转动和点动控制旋转滤网电机，当滤网开始运行时，利用变频器控制滤网电机转动频率由0Hz平滑的上升到滤网电机低速旋转时所需的转动频率，根据需要有级调节滤网电机低速转速，使滤网电机能在此转速下高效率运行，并且能保持良好的动态特性；当通过PLC发出高速转动指令时，利用变频器调节滤网电机由低速运行平滑的转变为高速运行，根据需要有级调节滤网电机高速转速，使滤网电机在此转速下高效率运行；当需要对滤网进行检修时，可对滤网进行正转、反转的点动控制，上述动作均可以根据需要进行输出频率设置。

2.根据权利要求1所述的基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：当用水口液位与海水液位的水位差达到设定阈值时，利用PLC发送给变频器一个滤网高速运转指令，使变频器控制滤网电机由低速旋转时的转动频率向高速运转时的转动频率平滑上升。

3.根据权利要求1所述的基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：当滤网电机转速从0平滑的上升到低速转动速率低速转动，此时滤网电机转速由变频器人工设定，可设定为滤网电机转速范围内的某一值，并可设定起动上升时间，即利用变频器控制的滤网电机经过多长时间后，滤网电机转速达到预设值；当有污物附着在滤网上并导致用水口液位与海水液位之间的水位差达到预定值时，液位传感器将液位信号传送至PLC，PLC经过判断、处理，发送一个开关信号至变频器，变频器控制滤网电机由当前低速转动的预设值平滑加速到高速转动时的预设值；同样能设定到达高速转动时的加速时间。

4.根据权利要求1所述的基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：控制器为西门子PLC S7-200，变频器为安川Varispeed  F7B20P4，将PLC的输出端子接入变频器的输入接线端子，从变频器的数字操作器上设定变频器的起动时间、加速时间等设定值；对于安川F7系列变频器，起动时间、加速时间设置需在指定参数区域设定，，将旋钮SB1切换至手动位置时，变频器手动运行；三位旋钮开关SA1控制滤网电机的正转、反转和停止；当SA1切换至正转位置时，滤网电机正转；当SA1在中间位置时，滤网电机停止运行；当SA1切换至反转位置时，滤网电机反转；正转、反转和点动时变频器的输出频率可由变频器数字操作器控制调节。

5.根据权利要求4所述的基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：滤网电机的转速分为8段转速，其中正转转速由A1端信号调节速度，反转由A2端信号调节速度，其余6段转速在变频器指定参数区域设定，段速指令逻辑分配可由变频器说明书查得。

6.根据权利要求4所述的基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：SB3、SB4控制段速度的切换，按一次“加段号”按钮，转速的段号加1，第7段时按下“加段号”，由于已到达到预设定的段速最高段；按钮不起作用；按一次“减段号”时，转速的段号减1，第0段时按“减段号”，由于已经达到个预设定的段速最低段，按钮不起作用；当前段速可由变频器数字操作器屏幕显示，段速设定在变频器指定参数区域设定。

7.根据权利要求4所述的基于变频技术的旋转滤网控制方法，其特征在于：用SB5按钮控制滤网电机的点动，当开关SA1接到正转运行模式时，按一下SB5点动按钮，变频器控制滤网电机正向点动，当SA1接到反转运行模式时，按一下SB5点动按钮，变频器控制滤网电机反向点动；在点动运行模式下，点动按钮均为自锁状态；即只要按下点动按钮，滤网电机按照设定时间动作，其动作时间可以按照需要由PLC程序进行设定；变频器点动输出频率在变频器指定参数区域设定；通过以上的操作完成了通过变频技术对旋转滤网的控制；

变频器自动运行时，上述动作均由PLC程序控制。

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