计量泵控制方式的改造

计量泵控制方式的改造

郭建斌

唐山三友集团远达化纤公司

摘要：本文对化纤公司计量泵控制方式进行了介绍，分析了原控制方式存在的问题并对解决方案进行了阐述。

关键词： 计量泵控制：电动冲程调节器：变频控制

1，概述

计量泵作为流体精密计量与投加的设备，被用在各个行业，在我公司计量泵主要应用于纺练工序的双氧水，稀硫酸，漂白液的计量添加任务。计量泵主要分为驱动不分、输送部分和调节控制部分， 因其驱动和流体输送方式的不同，计量泵分为柱塞式和隔膜式。 目前我公司主要用的德帕姆和普罗名特公司生产的计量泵，有柱塞式计量泵和隔膜式计量泵 ，由于柱塞式计量泵的泄漏问题，现正逐渐被隔膜式计量泵代替。由于我公司大部分计量泵分布于纺练工序，其环境潮湿度大，存在腐蚀性气体，计量泵的控制调节部分的位置伺服机调节器要安装在现场计量泵的本体上，在潮湿、腐蚀性气体（硫化氢、二硫化碳）的环境中对位置伺服机调节器内的元器件腐蚀性很严重，造成位置伺服机调节器故障率非常高对计量泵的工作稳定性影响很大，也会影响到正常的生产，维护费用大。所以有必要对现有的计量泵的调节方式进行改造。

2，改造前的控制方式

对于计量泵流量的控制主要是通过对冲程长度 L 和冲程频率 F的调节来实现。计量泵每一次的流体泵出量决定了其计量容量。在一定的有效隔膜面积下，泵的输出流体的体积流量正比与冲程长度 L 和冲程频率 F ： V ∝ A*F*L 在计量介质和工作压力确定情况下，通过调节冲程长度 L 和冲程频率 F 即可实现对计量泵输出的双维调节。 尽管冲程长度和频率都可以作为调节变量，但在工程应用中根据实际工艺精度要求不同有三种方式调节计量泵，第一种是计量泵泵速保持好不变，通过调节计量泵冲程长度L 来调节计量泵的计量流量。第二种是固定冲程长度 L， 改变冲程频率F来调节计量泵的计量流量。第三种 调节冲程长度 L 和冲程频率 F 对计量泵输出的双维调节。我公司计量泵控制方式原来使用的是第一种，计量泵本身带有手动调节冲程长度的机构和自动调节冲程长度的机构的电动冲程调节器，我公司用的DCL-05E 电动冲程调节器由三部分组成：1，供电电源回路和控制回路，供电电源回路为调节器提供电源供电，包括电路供电和驱动机构供电，控制回路是接受DCS系统4-20mA信号后将此电流信号转化成电压控制信号。2，驱动机构，驱动机构接受电源供电后开始驱动计量泵的冲程调节机构。3，反馈机构，在驱动机构工作的同时，也会通过反馈机构建立反馈电压，并与控制电压相比较，并及时停止驱动机构的工作。 电动冲程调节器直接接受来自DCS系统的 4-20mA 控制信号，从而自动调节冲程长度在 0-100 ％范围内变化实现自动的计量泵流量调节。具体控制原理图如下：

3，存在的问题

由于我公司大部分计量泵分布于纺练工序，其环境潮湿度大，存在腐蚀性气体如H2S、CS2等，位置伺服机调节器要安装在现场计量泵的本体上，潮湿、腐蚀性气体（硫化氢、二硫化碳）对电动冲程调节器工作稳定性影响很大，如：腐蚀性气体会造成电动冲程调节器内部插接件腐蚀后接触电阻增大，使驱动机构电源电压降低容易造成驱动机构的电机烧毁，潮湿会使电动冲程调节器内部线路发生短路而损坏等 经常出现电动冲程调节器的损坏故障造成计量泵无法工作，影响正常的生产，同时电动冲程调节器价格贵，维护维修成本很大。

4，改造方案

基于上述情况我们采取 固定冲程长度、改变频率来调节计量泵流量方法。具体方法是在现场用手动手动调节冲程长度的机构设置好冲程长度，通过效验，每一个冲程的投加量是已知的，则总的投加量可以通过计算得出（投加量=每冲程投加量*频率），总投加量与频率成线性关系(100 % 频率 = 100 % 投加量)，所以用变频器调节计量泵电机转速计算出冲程频率F就得出了总投加量。通过在生产线上的计量泵做实验，其调节效果完全满足工艺要求。因此我们对我公司的计量泵控制方式进行了改造，拆除了现场的电动冲程调节器，根据实验时得出的数据，在变频器工作在30HZ--50hz范围内能够满足工艺所需要的加入量，因此计量泵的电机不用更换，电机的冷却方式无需改动，如果电机工作在较低频率时输出转矩会随之降低可能会出现过载，此时要通过放大电机功率来适应低频工作要求，同时电机在低频工作时通风量会降低，导致通风量不足，长期工作会对电机内部绝缘造成损坏，所以要安装强冷风扇。在计量泵电机控制回路增加变频器，我们使用的是丹佛斯FC302变频器，变频器由DCS系统来的4-20mA 控制信号控制变频器的输出频率，从而改变计量泵的电机转速，电机改变了计量泵冲程的速度也就是改变了计量泵的排出频率，从而调节了计量泵输出流量，电气原理图如下：

因计量泵电机控制回路及变频器安装在MCC室，MCC室内为封闭式的环境好，变频器工作稳定，此改造方案实施后计量泵控制系统工作稳定，解决了计量泵主要控制系统在恶劣环境下频繁出现故障器件损坏的问题，使生产得到了稳定，降低了备件消耗，降低了维护成本。