英威腾Goodrive200A在CNG天然气子站压缩机上的应用

    摘要：公司核心经营团队拥有二十多年从事压缩机设计制造的工作经历，与华中科技大学液压与气动技术研究中心合作推出了适用于CNG子站工况的填补国内空白的全风冷立式天然气液压压缩机系列产品——新型节能环保天然气液压压缩机，获得了十多项专利，并率先在行业内通过整机安全防爆合格认证，牵头起草了汽车加气站用液压天然气压缩机行业标准（JB/T11402-2013）。新型节能环保天然气液压压缩机以其“安全、节能、环保、投资省、结构简单”等诸多优点，受到用户广泛赞誉和青睐，产品已在全国二十多个省（区）使用，市场占有率名列前茅。产品被科技部技术创新基金委员会认定为国家技术创新产品，其技术先进性、可靠性、经济性和行业领先地位受到全国瞩目。本文针对公司风冷器变频调速为例，介绍英威腾Goodrive200A在CNG天然气子站压缩机上的应用。

    一、应用需求

    天然气从入口管线进来，经过过滤，然后在一级气缸中被压缩；冷却后经过一级过滤器，进入二级气缸被压缩，冷却后经过二级过滤器，再经过除油器除油，最后达到高压排出。

    入口和出口压力由压力传感器控制，从而使压缩机在一定操作参数下运转；一级进气口的气体经过压缩后的一级排气温度为此机组的最高温度，此值有报警和停机功能，主要用于机组故障判断，其温度值最高可以达到160℃，但建议不要超过120℃，以免影响密封件的使用寿命；液压油的温度由温度传感器控制，超温65℃报警，低温15℃自动开启油箱加热器，达到合适工况再进行液压油循环。

    机组的冷却系统为风冷式，通过英威腾变频器控制风机对液压油和天然气直接冷却

    本机组系统流程图：

    二、控制要求

    本文仅以英威腾变频器在新型无房体裸机改造使用现场的要求为例进行说明，具体控制要求有如下：

    客户需求一台5.5千瓦变频器控制冷却风机，并在触摸屏上能够修改频率参数。其中对变频器及控制要求主要包括：

    a)通过西门子S7-200 PLC上485通讯口modbus rtu协议写调速程序，映射到西门子smartline触摸屏，使之可以通过触摸屏调节英威腾变频器频率。

    b)通过变频器端子排硬接线控制风机的启停

    c)显示风机实际频率到触摸屏上

    d)故障报警输出具体内容也在屏幕上有显示。

    e)想用PID功能通过一个温度变送器模拟量输入信号实现闭环速度调控（这点未作出）

    下面为现场调试图片：

    三、英威腾Goodrive200A变频器的介绍

    Goodrive200A高性能开环矢量变频器，可用来控制异步电机交流感应电机。产品采用与目前国际最领先技术完全同步无无速度传感器矢量控制技术，运用DSP控制系统，并且强化产品的可靠性和环境的适应性，更能更优化，应用更灵活，性能更稳定。

    Goodrive200A变频器具有有意的矢量控制性能，实现转矩控制、速度控制一体化，能满足不同客户多种应用需求。同时，Goodrive200A变频器具有超出同类产品的防跳闸性能和适应恶劣电网、温度、湿度和粉尘能力，极大提高产品可靠性。

    Goodrive200A变频器采用模块化设计，在满足客户通用需求的前提下，通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化需求。强大的速度控制、转矩控制、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、摆频控制和PID控制等，满足各种复杂传动的要求，对降低成本，提高系统可靠性具有极大的价值。
Goodrive200A变频器通过电磁兼容性整体设计，满足客户对应用场所的低噪音、低电磁干扰的环保要求。其他参数如下图所示：

    四、现场接线及调试

    系统频率是由S7-200 PLC控制器通过modbus RTU协议给变频器控制命令的，Goodrive200A系列变频器在通讯设置上也是极为简易。

    4.1 系统调试

    调试主要要解决几个问题：

    一.怎样控制冷却风扇电机启停

    二.怎样将采集到的频率值映射到触摸屏上

    三.怎样实现故障报警功能

    四.怎样在触摸屏上写频率到变频器上实现远程手动调速

    五.怎样利用PID功能通过一个温度变送器模拟量输入信号实现闭环速度调控

    查看手册利用多功能输入端子，P05.01，利用参数1：正转运行（FWD），因为变频器本身+24V与PW短接，现只用将端子排的S1与COM公共端通过中继的常开触点，中继的线圈直接到冷却风机启停PLC输出点即可，然后在基本功能组P00.01运行指令通道设置为1端子运行通道，端子控制模式P05.13为0,二线制控制使能方向合一，这样冷却风机即可实现通过变频器硬接线启停。

    查看手册利用模拟量输出AO1与GND参考零电位，与EM231模拟量输入PLC模块上的信号电缆相连（AO1与RA、A+，GND与A-）形成二线制接法，因为是4-20mA电流信号，变频器内部跳线J1切换到下端I侧，在P06.18，下限对应AO1输出为2V，按照1mA电流相当于0.5V电压来计算，那么4mA对应就为2V，这个计算很有技巧性。我们PLC输入采集点在触摸屏上定义一个可读变量即可将频率数据通过端子排硬接线映射到屏幕上。

    查看手册利用一组继电器输出RO1A与RO1C公共端，通过一对常开点控制继电器输出报警信号，RO1A接到PLC输入点的一个报警开关点位，RO1C接到开关电源的24V上，调整输出端子组P06.03,其值设置为5变频器故障，这样即完成了变频器故障报警写入到PLC，继而触发触摸屏报警位功能。

    查看手册变频器串行通信功能组，在S7-200 plc上定义好了modbus rtu协议相关参数，站地址即P14.00为2，通讯比特率即P14.01为3:9600BPS，数据位效验为奇校验2（O，8,1）for RTU，通讯应答延时为40ms，打通A频率指令选择P00.06为8：modbus通讯，咨询技术支持，此处485的J5跳线是不用更改的，硬接线西门子S7-200 226通讯端口PORT0上的3、8针接到485±极上，因为只用到了通讯设置频率，查手册其modbus地址为16进制2001H，转换成十进制保持寄存器为40001+8193=48194，即把地址写入PLC，在触摸屏上对应点位让其读写，参见相关程序：

    查看手册P09组PID控制组参数，P09.00中PID给定源为模拟量通道2：模拟量通道AI2给定，这里是一组温度信号，通过温度的变化自动调整频率转速，实现闭环控制，AI2模拟量输入的设置参见AO1模拟量输入的设置和接线，设置相关的上下限量程和区间范围值，由于交稿时间仓促，这个现阶段正在试验中，相关的参数也正处于调试过程中。

    其他参数都是参见电机铭牌还有变频器本身默认参数来调试。

    变频器关键参数表设置：

    本系统变频器具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能，能有效保证系统安全高效的运行。

    五、结束语

    通过使用英威腾变频器，得到了很多意想不到的优点

    1、启动平衡 ，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击；

    2、节能增效，通过调节频率改变冷却风机转速，使其在闲暇时节约电能，在使用高峰期能够超频，提高效率；

    3、强大的modbus通讯可以通过程序自如的控制风机运转；

    4、强大的PID功能通过一个温度变送器模拟量输入信号实现闭环速度调控。

    参考文献：

    [1] Goodrive200A产品说明书

    [2]西门子S7-200 cn 技术参考手册

    [3]西门子精彩面板smartline系列技术参考手册<