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安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。这些装置如：电涡流制动器[1]；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零）等。在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。
一、卧螺离心机背驱动装置的负载性质
安装在卧螺离心机差速器小轴端的调速装置称为背驱动装置。这些装置如：电涡流制动器[1]；异步电动机；液力马达；机械式过载保护装置（小轴转速为零）等。在螺旋滞后于转鼓时，这些装置都是以消耗离心机动能为代价，对小轴作用制动力矩，借以达到调节差转速的目的。对小轴而言，背驱动装置是一种负负载。在通用变频器调速系统中，和差速器小轴相连的电动机长期处于再生状态，运行于第4象限，从离心机接受机械能，将再生制动的能量反馈到变频器的直流母线上，再通过制动电阻将其消耗掉。如何回收该部分能量是国内外离心机制造商热切关心的课题。利用特别设计的四象限运行变频器（例如ABB公司的ACS611型变频器），可将再生能量直接反馈回电网，但变频器价格昂贵，国内除了轧钢厂以外很少有应用。Alfa-Laval公司近年生产的DS706型大型污水处理离心机应用双变频能源反馈节能调频控制系统（使用ACS800系列变频器），目前在香港昂船洲污水处理厂运行。国内也有厂家利用国产变频器，将共直流母线交流变频技术应用于卧螺离心机，使该部分能量大部分得到回收，取得了良好的社会效益和经济效益。
这一技术的推广应用无疑是极有意义的，本文对此进行讨论。
二、共直流母线交流变频调速系统的结构和特点
1-主变频器；2-主电机；3-离心机；4-差速器；5-副电机；6-副变频器；
结构：见图1，离心机3由主电机2驱动，差速器小轴和副电机5同轴连接。主、副电
机的转速由变频器1、6控制，二者的直流母线并连，三相电源输入主变频器1。
特点：
（1）优良的节能性能：在螺旋滞后时，再生的能量送到副变频器的直流母线上，由于主、
副变频器的直流母线并连，该能量就经过主变频器被主电机利用。
为简单起见，设稳态时离心机以恒转矩和恒差速运行（不计及调速时加速转矩和减速转矩的影响），则回收的能量为：P=0.8 M n/9550,式中：P-功率（KW）;M-小轴力矩（N.m）;n-小轴转速（r/min）;M前的0.8倍是由于再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也有20%的铜损被转换为制动转矩[2]。
（2）动态响应快：有些PID调节系统往往有超调现象，过渡过程时间较长，例如电涡流制动器调速系统，稳定周期有时长达数分钟。变频调速系统转矩响应时间仅150-200ms[3],动态特性明显改善。
（3）容易处理突发事件造成的转鼓内物料的堆积：副电机反转时运行于第Ⅰ象限（电动机状态），这时差速很大：Δn=(n1+n)/i，（n1-转鼓转速r/min;i-差速器速比），由于变频器具有2倍额定力矩的静态启动转矩[3],使堆积在转鼓内的物料容易排出。
（4）有利于实现恒转矩控制：某些物料，例如城市污水，含有60%-70%的有机物质，沉泥具有可压缩性，含固率时时刻刻在变化，使螺旋推料力矩随着进料liuliang和含固率的波动而变化，要求电气系统根据力矩变化及时控制进料量或差转速，否则，很容易堵料。
恒力矩控制的关键是实时连续测量螺旋推料力矩,必须合理选择力矩传感元件。在液力马达调速系统中，使用液油压力变送器；在电涡流制动器调速系统中，使用电阻应变式力矩传感器；在本文介绍的变频器调速系统中，则可直接利用变频器输出的力矩电流模拟量,不必单独安装传感器。
例如，艾默生TD3000变频器具有转矩控制和转速控制两种工作方式：当选择转矩控制方式时，变频器输出频率将根据输出力矩信号自动调节，当螺旋推料力矩变大时，降低输出频率，增加差速，将沉泥快速推出转鼓；反之，增加输出频率，减小差速，使力矩增加。终使螺旋推料力矩稳定在设定值附近。
3调速系统的设计
（1）变频器选型：对主变频器没有特别要求，副变频器要求能屏蔽输入缺相保护。如果离心机需要恒力矩控制，应选用矢量控制变频器。
（2）主、副变频器功率匹配：不是任意功率的变频器都可以如图1连接，选取主变频器功率时必须考虑到当副电机处于电动机状态时，副变频器从主变频器吸取功率的能力。
（3）副电机选型：副电机额定输出力矩应能满足螺旋推料力矩的需求。由于差速器小轴传递力矩M是螺旋推料力矩M2的i分之一，因此副电机的额定力矩应大于M2/i；具体计算时，应考虑差转速调节范围；电机连接方式等因素。选用普通三相异步电机，转速控制精度为0.5%-0.1%,选用带编码器的变频电机,变频器运行在带PG矢量控制方式下，转速控制精度可达到0.1%-0.05%.
设计实例：表1是海申机电总厂在φ350到φ720的4个系列十几个品种城市污水处理离心机中主、副变频器的功率匹配和副电机选型表，主变频器选用艾默生TD2000,副变频器选用艾默生TD3000，副电机均选4极变频电机，安装OMRON E6C2-CWZ6C型600线光电编码器。
表1
以LW430W离心机为例，运行转速n1=2200r/min;差速器额定输出力矩4000-5000N.m,速比i=91;差速调节范围Δn=2-20r/min（正常运行10-12r/min）;副电机和差速器小轴直接连接（如图1），差速按Δn=（n1-n）/i计算，得表2数据，完全可以满足工艺要求。
表2中：差转速低于7.7r/min输出力矩变小，是由于变频电机50Hz以下为恒转矩调速；50Hz以上为恒功率调速，但差转速低的情况仅当进料浓度特别低或离心机进料初期才出现，这时的推料力矩也较小。
4 应用实例
图2是应用于大豆蛋白漕液分离的LW520型高速离心机电气控制简图,主变频器U1用于驱动离心机，使离心机转速0-3500r/min无级可调，变频器的输出频率由端子X1和X2设定。S1是离心机工作状态选择开关，把S1打到X1位置，离心机以分离频率运行，S1打到X2位置，以冲洗频率运行。分离频率出厂时设置为45Hz(转鼓转速3150r/min),冲洗频率出厂时设置为5Hz(转鼓转速350r/min),如果需要改变运行频率，可以对变频器参数F58,F59进行设定。
U2是副变频器，用于调节离心机转鼓和螺旋速度之差，即差转速，改变差转速的大小可以改变离心机的推泥速度，也会影响离心机每小时污泥处理量。本机主副变频器直流母线直接并连，具有优良的节能效果。
PR是转速显示仪表，用于显示离心机转鼓转速和差转速。转速表内部有一个开关,用于选择同步报警点，可选择：1r/min,5r/min,10r/min三种，当差速小于报警点时，安装在转速表内部的继电器常开触点先闭合,然后,继电器K1动作，副电机停车。通过继电器K1外接触点，用户可外接声音报警系统，或报警时切断进料阀，或和远程控制系统通信。
时间继电器KT是解决离心机启动阶段差转速低于报警点的问题.
本设计的特点除了电路简单操作方便以外,更主要的是差转速调节快速而准确,稳定性可达到±0.1r/min.
4 结束语
共直流母线交流变频调速系统较好地解决了卧螺离心机背驱动电机再生能量的回收问题，它给用户带来了很大的实
1、前言
超级压光纸简称SC纸，以价格低廉的磨木浆、化学机械浆或废纸脱墨浆以及麦草浆为主要原料，配以少量的长纤维化学浆，并添加30％以上的填料制成，其平滑度达 500S以上，不透明度达85％以上，裂断长纵横平均达3000m以上，其质量可和低定量涂布纸比美，可用作广告、目录、插页等彩色印刷。由于该工艺使用大量填料和高得率的磨木浆或化机浆，可节省纤维和木材资源，因此可大大降低成本。纸页经压光机压光后，可以tigao纸页的平滑度、光泽度和紧度，使纸页全幅厚度一致，从而改善纸张的外观质量，并减少透气度。图一所示的超级压光机主要分为放卷装置（又称退纸器）、压光辊装置（含主电机）和收卷装置等。原纸从放卷装置处经引纸辊依次通过各纸粕辊和冷铸辊后进入中心收卷。本文论述的就是如何采用变频控制来完成超级压光机的传动控制。
2、超级压光机的变频控制
2.1开环的张力控制方案
超级压光机在快速启停及中间连续调速过程中必须保证纸页的张力恒定，否则收取的纸页就会卷曲、折页甚至断裂，严重影响产品的质量和产量。本系统中利用变频器的组合来达到jingque的张力控制，我们知道一般情况下可以通过两种方式可以满足这样的要求：一是通过控制电机的速度来实现，二是通过控制电机的转矩来实现。由于考虑到安装张力传感器的成本和条件，故采用开环的张力控制来实现。当然在这种控制方式下，从而降低了系统的成本和难度。
由设定的张力和卷筒的卷径可以计算出变频器的转矩指令，其公式如下：
T=（F X D） / （2 X i ）
其中：T 为变频器的输出转矩指令；F为张力设定指令；D为卷筒的卷径；i为机械传动比。
本方案必须考虑到线速度检测信号、卷径计算和张力锥度控制，这样才能准确地控制电机的转矩输出，保持张力的恒定。
2.2超级压光机的变频组构
超级压光机的主传动功率的计算可以根据以下：
P = K x B x V x N
其中：P为电动机功率（KW）；K为常系数，一般取5~0.026；B为幅宽；V为工作车速（M/min）；N为辊数（根）。
以四川某造纸厂为例，采用十二辊超级压光机，收卷的纸张宽1M，厚10um，设计车速为250米/分。则选用的主牵引电机（变频器）功率为：P = 8 X 1 X 250 X 12 = 54KW，因此可以选用55KW的变频器。本系统采用高性能的矢量变频器TD3000，配置如下：主牵引变频器：
TD3000-4T0550G、收卷变频器： TD3300-4T0055G。另外收卷电机采用变频电机，并加装旋转
编码器（欧姆龙、1024线输出）
2.3变频调速控制描述
本系统用TD3000矢量开环控制来驱动主传动电机，收卷变频器TD3300采用开环张力控制模式。主牵引的速度给定从AI1输入，控制精度达1%~0.5%。TD3300采用前级主牵引变频器TD3000的模拟输出口AO2（输出TD3000变频器的运行频率）来得到线速度，并进行卷径计算；张力设定信号由AI1获取；旋转编码器的信号分别接到PGP/COM/A-/B-口。
3、超级压光机收卷变频器的调试步骤
3.1 初步检查变频器、电机、旋转编码器的接线及铭牌参数。
电机铭牌：额定功率5.5kw，额定电压380V，额定频率50Hz，额定电流11.6A，额定转速1440RPM。
旋转编码器：欧姆龙1024线输出，供电电压24VDC，A\B\Z开路集电极输出。
3.2 完成变频器电机参数自辨识
重点检查变频器辨识出的电机的空载电流，电机空载电流正常应在电机额定电流的30%～50%范围内。TD3300变频器实际辨识出电机的空载电流为4.9A，是电机额定电流的42%，在正常范围之内。
3.3 初步测试变频器对电机的驱动能力
TD3000变频器设置为开环矢量控制模式，TD3300设置为闭环矢量控制模式，TD3300变频器应在（FB编码器功能项）设置编码器的参数(FB.00=1024)，在键盘控制模式测试变频器对电机的驱动能力，重点观测变频器的输出频率的稳定性和输出电流的大小，特别关注TD3300变频器的输出电流，若在空载的情况下，输出电流偏大并且报过流故障，应该是旋转编码器的A\B相接线有误，更换A\B相接线或更改变频器内PG接线的方向设定（功能码FB.01）。
3.4 完成TD3000和TD3300的信号接口测试
完成TD3000变频器模拟输出口AO2（F6.07=1）和TD3300变频器模拟输入口AI2(F6.01=0,F6.04=1.0)的相关参数设置，检查TD3300变频器接口板AI2上V/I端口的跳线在I侧，并校正TD3000模拟输出口AO2的输出和对应的TD3300模拟输入口AI2的线性度（临时修改TD3000变频器AO2口（F6.07=0）为设定频率输出，设定F3.03=0,通过修改F3.04的值可改变AO2口的输出值。利用TD3300键盘停机时可显示AI2的输入电压值－设定FD.02=1024,在TD3000和TD3300上电不运行的情况下，修改TD3000变频器F6.10-AO2零偏调整和F6.11－AO2增益设定，可完成其线性度的校正）。
3.5 设置TD3000和TD3300变频器的其他相关运行参数，初步带载试运行。
F3.06=3,开环张力控制模式；
F1.00=2.81,设备厂家提供的收卷电机与收卷卷轴的转速比；
F5.03(多功能端子X3)＝12，卷径复位1指令；
F8.00=0,收卷模式；
F8.01=1,AI1设定；
F8.03=1000,根据现场调试情况修改，满足张力设定电位器的调整要求；
F8.08=0,初步设定卷径不计算，保证初步测试时张力的稳定；
F8.09=500，设备厂家提供，建议比厂家提供的数值稍大一些；
F8.10=170，设备厂家提供，空芯卷轴的直径；
F8.12=170，卷径复位用，与F5.03(多功能端子X3)＝12，卷径复位1指令配合使用；
F8.16=170，TD3300变频器初步启动时计算变频器输出转矩用；
F8.17=0,正向，由于收卷电机处于电动状态，力矩输出应与转速方向一致，即正向。
参数设置后设备运行较好，客户反映随着卷径的增加，张力越来越小，这是卷径未计算的结果。
3.6 加卷径计算功能，再次带载运行
F8.08=1,设定卷径来源选择线速度计算法；
FC.00=2,AI2设定，来自主牵引变频器TD3000的AO2(运行频率)口的输出。
FC.03=250m/min,设备厂家提供，FC.00*FC.03=当前线速度V，变频器根据公式:D=(i*V)/(л*n) 计算当前卷径；
FC.04=80 m/min,防止TD3300变频器在速度较低时卷径计算不准导致变频器输出力矩的波动；当TD3300变频器运行的线速度低于FC.04设定值时，卷径计算功能停止，保持当前卷径值；当TD3300变频器运行的线速度大于FC.04设定值时，卷径计算功能重新使能。
再次带载测试，收卷过程张力平稳，达到要求。但客户反映TD3300刚启动时力矩突加较猛，纸张容易拉断，修改F3.12功能项，使TD3300变频器启动时转矩斜坡方式产生，减缓启动时的力矩突变，至此完全满足客户的工艺要求。
（注：此系统由于设备惯量较小，全过程张力恒定，未使用惯量补功能偿和张力锥度控制功能）
4、结束语
本系统采用TD3000+TD3300的变频收卷方案后，现场配置简洁，工作稳定，调试方便。实际的收卷效果非常理想，端面整齐，张力稳定。正是基于变频器TD3300的张力控制特点，加上其完善的功能、高可靠性和的性能价格比，满足了用户对于纺织、造纸、冶金等各个领域的不同要求。
一、原系统分析
株洲硬质合金厂空调系统共有溴化锂机组两台，其中冷冻水泵2台功率为200KW，采用自耦降压启动。操作工根据负荷情况开1台或2台。单台水泵大输出liuliang为600m3/h，系统全开时为1200m3/h。现水泵运行出口压力为4.5-9kg，小liuliang需求为200m3/h，大liuliang需求为950m3/h。压力波动较大的原因为，冷冻水泵liuliang不能根据负载变化调节，一旦后级工段冷冻水量减少水泵出口压力就会急剧上升。冷冻水在管路里快速循环未充分换热就回水，造成回水温度低。水泵和主机都白白消耗能量。
当1#机组开起后，1#liuliang必须满足低liuliang值200 m3/h，如果用户liuliang没有达到低liuliang值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来保证机组内有200 m3/h以上的liuliang。2#也如此。
二、改造控制要求：
分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
机组冷水出口liuliang不得低于200 m3/h;
当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
选择1#或2#泵为变频运行泵。
当需求liuliang为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，保证300 m3/h的总liuliang输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保证输出用户所需的liuliang;
当需求liuliang为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;
当需求liuliang为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的liuliang;2#泵工频运行，输出600 m3/h的liuliang;旁通调节阀打开并做PID调节，保证6kg的输出压力;
当需求liuliang为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水liuliang。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出liuliang送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限liuliang值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，极大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。
三、设备的配置
（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口liuliang、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、liuliang值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、liuliang值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
（2）PLC：
PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
（3）PLC的配置
主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
（4）输入输出设备配置
输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
（5）模拟输入输出设备配置
利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口liuliang、2#泵出口liuliang；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀。
四．工作原理
主电路图如下：
系统采用工变频互备，另外可以灵活的选择需变频的电机是1#还是2#由KM3、KM4来完成。
PLC的I/O接线图如下：
五．程序要点
EC20的COM0与EVIEW人机界面通过MODBUS协议进行通讯，COM1通讯口与艾默生的EV2000变频器进行自由协议通讯，PLC软件设置：
COM1的自由口协议中的波特率、数据位、停止位、效验位必须与变频器中设置一样才能通讯上。EC20时刻检测着变频器的频率、电流、故障再反映到人机界面上。
系统需恒压、恒流，所以做成双PID对变频器和旁通阀进行控制，控制的压力和liuliang在EVIEW人机界面上进行设置
在现场调试过程中，发现现场的负载在每天下午五点下班时会突变，由于负载500m3/h的liuliang突变成几十的liuliang，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。负载突变的时段设置和旁通阀的开度设置画面如下：
五．结束语
本系统已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC进行控制，性能稳定，运行可靠，系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。变频器的频率在40HZ左右稳定压力，节能率达到48%。因此不但大大的tigao了产品的技术含量和自动化水平，而且还极大地tigao了企业的经济效率，非常具有推广价值。
