CN112725939A - 一种纺丝液输送泵的双变频系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纺丝液输送泵的双变频系统及其控制方法，其解决了现有纺丝液输送泵易出现机泵跳停或转速丢转而导致后续纺丝工段出现断丝、慢板等技术问题，其设有PLC输入输出装置、电动机、变频器、PLC模块；变频器中设有主电路和控制电路，控制电路用于产生向电动机供电的控制信号；控制电路中设有逆变器，控制电路包括电压电流检测电路、频率电压运算电路、将所述频率电压运算电路的控制信号进行放大的驱动电路、电动机的速度检测电路、逆变器和电动机保护电路、编码器。本发明同时提供了双变频系统的控制方法。本发明可应用于碳纤维的制备领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维制造设备的控制方法，具体地说，涉及一种纺丝液输送泵的双变频系统及控制方法。
背景技术
目前，碳纤维板块的纺丝液输送泵普遍采用单变频控制，纺丝液在输送过程中出现电力电压波动(晃电)和变频器故障等情况时，会导致机泵跳停或转速丢转而导致后续纺丝工段出现断丝、慢板等问题，影响纺丝的安全稳定运行和增加各项消耗成本，更重要的是严重影响了纺丝的质量合格率。
发明内容
本发明就是为了解决现有纺丝液输送泵易出现机泵跳停或转速丢转而导致后续纺丝工段出现断丝、慢板等技术问题，提供一种纺丝液输送泵的双变频系统及控制方法。
为此，本发明提供一种一种纺丝液输送泵的双变频系统，其设有PLC输入输出装置、电动机、变频器、PLC模块；所述变频器中设有主电路和控制电路，所述控制电路用于产生向电动机供电的控制信号；所述控制电路中设有逆变器，所述控制电路包括：电压电流检测电路：与所述主电路的电位隔离，检测电压、电流；频率电压运算电路：将外部的速度、转矩指令同所述电压电流检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定所述逆变器的输出电压、频率；将所述频率电压运算电路的控制信号进行放大的驱动电路：为驱动变频器中的主电路开关器件的电路，使所述主电路开关器件导通、关断；所述电动机的速度检测电路：以装在所述电动机轴上的传感器的信号为速度的信号，根据指令和运算可使电动机按指令转速运转，构成闭环调节；逆变器和电动机保护电路：用于检测所述主电路电压和电流，当发生过载或过压异常时，为了防止所述逆变器和所述电动机的损坏，使所述逆变器停止工作或限制电压和电流值；编码器：用于测量所述电机的转速，反馈给所述PLC模块，所述PLC模块内部定时计数，进行控制算法，输出控制信号，实现闭环控制。
本发明同时提供一种纺丝液输送泵的双变频系统的控制方法，所述纺丝液输送泵的双变频系统设有两个变频器，所述两个变频器一个为在用变频器，另一个为备用变频器；所述纺丝液输送泵的双变频系统还设有转换开关“OFF-ON”；所述纺丝液输送泵的双变频系统的控制方法，包括如下步骤：(1)转换开关“OFF-ON”处于“OFF”状态时，选择其中一个变频器；即使在用变频器发生故障时，备用变频器不会自动切换，此时，备用变频器需要通过手动切换；(2)转换开关“OFF-ON”处于“ON”状态时,当在用变频器发生故障时，自动切换至备用变频器。
优选的，还包括如下步骤：所述纺丝液输送泵启动时，在电源延时恢复过程中，当在用变频器和备用变频器均为电源关闭状态时，供电电源将被恢复。
优选的，还包括如下步骤：当从在用变频器向备用变频器切换时，提供电容补偿。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用双变频并联调节方式，实现并机运行实现其连续性；同时，并入大容量优质双电容器和有源前端实现其稳定性；达到纺丝泵的最佳转速，保证纺丝液输送的平稳性和及时性，实现了信息交换的自动化，操作简便、速度快、控制精度高,具体指标如下：
1、双变频器系统实现平稳切换时间，在小于0.5秒内。
2、电容补偿系统在电压在0.5秒内下降100％时能维持一个正常操作状态(包括1秒内下降50％；50％的额定电压＝DC200V)。
3、如果瞬间断电时主电路电压在欠压检测值以下，变频器切断输出。如果主电源在1秒内能恢复，则自动恢复到以前运转的状态。
4、双变频系统会提供一种设置：当电机的电流接近于超载值时，警报可以通过通讯，从主控制盘发送到DCS系统，在模块变量中自动调整设定值，并发出报警信号通知操作工。
5、通过泵出口管线上安装的高精度压力传感器采集的压力值分别进入两个PID控制模块，结合PID自整定功能对PID控制模块及时跟踪整定，优化出最佳P、I、D参数。
6、设置三种级别联锁报警，满足工艺不同需要；当泵出口管线上的压力超出设定值4Mpa时，系统自动发出报警信号，系统模块自动下调设定值SP(为正常设定值的80％)；当压力超出设定值4.5Mpa时，系统自动发出报警信号，系统模块自动跳为手动模式，直接模块输出OUT(为正常输出值的75％)；当压力超出设定值5Mpa时，系统自动发出联锁信号，断开纺丝液输送泵的电源，迅速停止纺丝液输送，响应时间达到1S内完成，减小对后序工段的影响。
附图说明
图1是双变频器信号控制电路图；
图2是纺丝原液输送仪表控制图；
图3是双变频器控制电路接线图；
图4是双变频器工艺流程逻辑图。
图中符号说明：HSW-主给定值；PI-压力指示；SIC-速度指示控制；SIA-速度指示报警；PICA-压力指示控制报警；M是电机；CP是纺丝液输送泵；数字是仪表位号。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
如图1和图3所示，本发明提供一种纺丝液输送泵的双变频系统，其设有触摸屏、PLC输入输出装置，两个变频器、两个异步电动机、PLC模块和控制电路。异步电动机分别连接有逆变器和编码器，编码器通过PLC高速计算并与D/A转换装置连接，D/A转换装置通过PLC输入输出控制装置与触摸屏相连接。
本发明提供的纺丝液输送泵的双变频系统，其设有PLC输入输出装置、电动机、变频器、PLC模块；变频器中设有主电路和控制电路，控制电路用于产生向电动机供电的控制信号；控制电路中设有逆变器，控制电路包括：
电压电流检测电路：与主电路的电位隔离(为了减少干扰)，检测电压、电流；
频率电压运算电路：将外部的速度、转矩指令同电压电流检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率；
将频率电压运算电路的控制信号进行放大的驱动电路：为驱动变频器中的主电路开关器件的电路，使主电路开关器件导通、关断；
电动机的速度检测电路：以装在电动机轴上的传感器的信号为速度的信号，根据指令和运算可使电动机按指令转速运转，构成闭环调节；
逆变器和电动机保护电路：用于检测主电路电压和电流，当发生过载或过压异常时，为了防止逆变器和电动机的损坏，使逆变器停止工作或限制电压和电流值；
编码器：用于测量电机的转速，反馈给PLC模块，PLC模块内部定时计数，进行控制算法，输出控制信号，实现闭环控制。
本发明中，当电机的电流接近于超载值时，频率达到85％报警可以通过通讯，从变频器中的控制器发送到DCS系统，在模块变量中自动调整设定值，并发出报警信号通知操作工。两个变频器采集的转速、运行、电流等信号通过硬接线形式分别接入DCS系统中的两个PID控制模块，在PID控制软件下进行组态实现PID控制功能。
本发明设置了三种级别联锁报警，满足工艺不同需要；当泵出口管线上的压力超出设定值4Mpa时，系统自动发出报警信号，系统模块自动下调设定值SP(为正常设定值的80％)；当压力超出设定4.5Mpa时，系统自动发出报警信号，系统模块自动跳为手动模式，直接模块输出OUT(为正常输出值的75％)；当压力超出设定值5Mpa时，系统自动发出联锁信号，断开纺丝液输送泵的电源，迅速停止纺丝液输送，响应时间达到1S内完成，减小对后序工段的影响。
如图2所示，在碳纤维制备过程中，聚合反应结束后，料液进入脱单体塔，将未反应的半单体分离并抽提到单体冷凝器，由反应没混合液冷凝后带回试剂混合桶，料液中单体含量不应超过0.3％，脱单体后聚合物溶液经脱泡送到原液罐通过原液输出泵送入纺丝，根据纺丝的入口压力对原液输出泵进行控制。
如图4所示，双变频器系统如何实现平稳切换，例如在1号变频器(在用变频器)或2号变频器(备用变频器)间转换,用于变频器转换，以下转换开关安装在控制单元上：
(1)自动转换“OFF-ON”：不能自动返回。
变频器“1→0←2”：自动返回。
(2)使用自动转换“OFF-ON”开关的目的:
“OFF”：即使发生变频器故障时，备用变频器不会自动替换，此时，备用变频器通过手动处理程序启动。
“ON”：在发生变频器故障时，自动切换至备用变频器。
(3)用变频器“1→0←2”转换开关的目的：
当上述开关“OFF”时，选择了一个变频器。
1号和2号之间的转换用于变频器运行或维修时的调整。
(4)在电源-on时，总是选择1号。
当1号发生故障时，需要选择2号。
(在电源-on时，不需要通过手动操作)
(5)自动转换方法(1号→2号的转换电容补偿系统：当电压在0.5秒内下降100％时能维持一个正常操作状态，需提供一个电容补偿系统(包括1秒内下降50％；50％的额定电压＝DC200V)。
对于软启动是通过控制设备实现，而非变频器；加速/减速时间：0←→最高10秒。如果瞬间断电时主电路电压在欠压检测值以下，变频器切断输出。如果主电源在1秒内能恢复，则自动恢复到以前运转的状态。发生瞬间断电，即在1秒内额定电压下降50％或更多，电源检测器检测的数值将由控制器判断是否符合电源的关闭条件和变频器的停车条件。
本发明克服现有控制技术中存在的不足，提供了一种碳纤维生产中纺丝液输送泵双变频装置及其控制的方法，保证纺丝液输送的连续性、稳定性与自调性。此装置采用先进的PLC控制系统和双变频系统；同时与DCS控制系统形成闭环控制；结合先进的技术理念，从而达到自动高精度控制原丝液泵转速的目的，保证纺丝液输送的连续性、稳定性、自调性，实现了信息交换的自动化，操作简便、速度快、控制精度高。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。
Claims (4)
1.一种纺丝液输送泵的双变频系统，其设有PLC输入输出装置、电动机、变频器、PLC模块；所述变频器中设有主电路和控制电路，所述控制电路用于产生向电动机供电的控制信号；所述控制电路中设有逆变器，其特征是，所述控制电路包括：
电压电流检测电路：与所述主电路的电位隔离，检测电压、电流；
频率电压运算电路：将外部的速度、转矩指令同所述电压电流检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定所述逆变器的输出电压、频率；
将所述频率电压运算电路的控制信号进行放大的驱动电路：为驱动变频器中的主电路开关器件的电路，使所述主电路开关器件导通、关断；
所述电动机的速度检测电路：以装在所述电动机轴上的传感器的信号为速度的信号，根据指令和运算可使电动机按指令转速运转，构成闭环调节；
逆变器和电动机保护电路：用于检测所述主电路电压和电流，当发生过载或过压异常时，为了防止所述逆变器和所述电动机的损坏，使所述逆变器停止工作或限制电压和电流值；
编码器：用于测量所述电机的转速，反馈给所述PLC模块，所述PLC模块内部定时计数，进行控制算法，输出控制信号，实现闭环控制。
2.如权利要求1所述的纺丝液输送泵的双变频系统的控制方法，其特征是，所述纺丝液输送泵的双变频系统设有两个变频器，所述两个变频器一个为在用变频器，另一个为备用变频器；所述纺丝液输送泵的双变频系统还设有转换开关“OFF-ON”；
所述纺丝液输送泵的双变频系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)转换开关“OFF-ON”处于“OFF”状态时，选择其中一个变频器；即使在用变频器发生故障时，备用变频器不会自动切换，此时，备用变频器需要通过手动切换；
(2)转换开关“OFF-ON”处于“ON”状态时,当在用变频器发生故障时，自动切换至备用变频器。
3.根据权利要求2所述的纺丝液输送泵的双变频系统的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述纺丝液输送泵启动时，在电源延时恢复过程中，当在用变频器和备用变频器均为电源关闭状态时，供电电源将被恢复。
4.根据权利要求2所述的纺丝液输送泵的双变频系统的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：当从在用变频器向备用变频器切换时，提供电容补偿。
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