摘要：本文介紹了某煉鋼廠對(duì)供水系統(tǒng)的要求，分析了傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在的缺陷。為了從根本上解決長(zhǎng)期存在的問題.提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，采用PLC與變頻器構(gòu)成的恒壓變頻供水系統(tǒng)來進(jìn)行改造，改造后效果良好，供水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。
0引言
為了保持衡陽(yáng)鋼管有限公司煉鋼分廣的煉鋼循環(huán)供水系統(tǒng)供水的穩(wěn)定性，通過75kW6臺(tái)水泵（3開3備）加壓供水和700t事故水塔連網(wǎng)，作為穩(wěn)定該區(qū)域水壓之用，同時(shí)，作為線路突發(fā)性故障停電時(shí)提供備用循環(huán)水。原系統(tǒng)采用多泵定速運(yùn)行，節(jié)流調(diào)節(jié)流量，以達(dá)到水壓恒定。這種方式在運(yùn)行中存在以下問題：
1）由于靠節(jié)流調(diào)節(jié)且動(dòng)作頻繁，運(yùn)行中常發(fā)生調(diào)節(jié)閥門卡澀、漏流和機(jī)構(gòu)損壞等故障而不能正常運(yùn)行。
2）由于靠人工操作，存在調(diào)節(jié)滯后，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性不變，自動(dòng)化程度低，使事故水塔的溢水管經(jīng)常排水造成水資源浪費(fèi)。
3）泵定速運(yùn)行，不僅造成電能的浪費(fèi)，而且由于泵長(zhǎng)期高速運(yùn)行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命。
4）多年來事故水塔的水位（即貯水量）不能得到可靠保證，曾出現(xiàn)了突發(fā)性電網(wǎng)故障。由于事故當(dāng)時(shí)水塔的貯水量大約為200t左右，造成煉鋼電爐損壞，給工廠帶來了直接和間接的損失。因此，為了使事故水塔既能保持高水位，同時(shí)又為煉鋼循環(huán)水提供恒壓供水，因而對(duì)加壓泵房的水泵電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造就顯得非常重要。
1改造方案及系統(tǒng)的構(gòu)成
1.1改造方案
1）用兩套CIMR-G5A75kW日本安川公司的變頻器和壓力傳感器，分兩組（1用1備）控制6臺(tái)水泵電機(jī)，使水泵的出水壓力恒定在0.42MPa。
2）用日本三菱公司的FXON-40MR的PLC作為控制單元，實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)化控制，水泵之間的自動(dòng)化切換和閥門的自動(dòng)開關(guān)等，可以大幅度提高設(shè)備的自動(dòng)化水平和可靠度。
3）采用泰隆集團(tuán)的MTPLC-5型超聲波流量計(jì)作為流量傳感器。
1.2系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。
變頻器是調(diào)速核心設(shè)備。其主要作用是，通過改變輸出電源頻率而對(duì)電機(jī)、水泵實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，達(dá)到隨用水量變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)保持恒壓的目的。另外，系統(tǒng)通過軟硬件實(shí)現(xiàn)過壓、過流、過熱等較齊全的保護(hù)功能，以及對(duì)電機(jī)實(shí)施熱啟動(dòng)。每臺(tái)水泵均具有變頻、手動(dòng)等操作功能。
2工作原理
煉鋼循環(huán)供水系統(tǒng)要求恒壓，事故水塔要求貯水量為700t。當(dāng)水塔塔底管網(wǎng)壓力等于0.38MPa時(shí)，水塔的最高水位就是38m。此時(shí)，事故水塔的貯水量就是700t。因而，系統(tǒng)采用PLC為控制核心，通過管網(wǎng)上的壓力傳感器的壓力信號(hào)4~20mA，送到數(shù)字PID控制器，進(jìn)行PID運(yùn)算，控制變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動(dòng)適應(yīng)水量變化。
本控制系統(tǒng)共2套（1備1用），每套控制3臺(tái)性能相同的水泵，其中總有1臺(tái)處于變頻器調(diào)速狀態(tài)，而其他則為工頻恒速運(yùn)行或停機(jī)狀態(tài)。水泵電機(jī)啟動(dòng)由變頻器軟啟動(dòng)。PLC控制接到啟動(dòng)信號(hào)后，將首先判別變頻器是否有0Hz信號(hào)，以此保證電機(jī)從0Hz開始啟動(dòng)，整個(gè)啟動(dòng)過程無沖擊電流。水泵電機(jī)的運(yùn)行切換，是根據(jù)設(shè)定的壓力與壓力傳感器測(cè)定的現(xiàn)場(chǎng)壓力差A(yù)P來控制的。當(dāng)AP>0時(shí)，提高變頻器的輸出頻率，使變頻泵轉(zhuǎn)速加快，實(shí)際水壓提高。當(dāng)AP<0時(shí)，則降低轉(zhuǎn)速，使實(shí)際的壓力減小，經(jīng)過多次調(diào)整直至AP=0。實(shí)際壓力在設(shè)定壓力附近波動(dòng)，保護(hù)壓力恒定。采用PID控制，可以減小控制誤差和縮短關(guān)系穩(wěn)定時(shí)間。為了減少切換時(shí)的電流沖擊，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz時(shí)，才可切換至電網(wǎng)?，F(xiàn)以1號(hào)控制柜為例，水泵啟動(dòng)、切換流程圖見圖2。
如果實(shí)際壓力太小，某臺(tái)調(diào)速泵調(diào)整到50Hz，運(yùn)行供水仍不足以使AP=0，則該臺(tái)變頻泵切換為工頻，使下一臺(tái)泵為變頻工作。如果實(shí)際壓力過大，本臺(tái)調(diào)速泵調(diào)整到頻率最小運(yùn)行，f在（5~10Hz）仍不足以使AP=0，則關(guān)閉上次轉(zhuǎn)換成工頻的水泵，再進(jìn)行調(diào)整。這樣，每臺(tái)水泵都在工頻和變頻之間切換，做到先開先停，后開后停，各泵均衡運(yùn)行，合理利用資源，延長(zhǎng)泵的使用壽命，減少維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用。
3結(jié)束語(yǔ)
在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于切換時(shí)接觸器吸合和釋放存在著延時(shí)，水泵電機(jī)在切換至電網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流沖擊，可適當(dāng)使切換頻率大于50Hz，這樣可盡量減少?zèng)_擊電流。本系統(tǒng)在煉鋼分廠運(yùn)行至今有一年，實(shí)踐證明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，確保了事故水塔的貯水量達(dá)到650~700t。為安全生產(chǎn)提供了良好的水資源，同時(shí)很大程度上降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。由于采用變頻技術(shù)，節(jié)能效果顯著，年節(jié)約電費(fèi)約8萬元。由于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，溢流管不會(huì)因排水而浪費(fèi)自來水，年節(jié)約自來水費(fèi)約1萬元。因此，從節(jié)能和改善勞動(dòng)環(huán)境上看，此系統(tǒng)具有很大的推廣價(jià)值。
作者：陸秀令，陽(yáng)小文
參考文獻(xiàn)
1陳立軍.PLC控制恒壓變頻供水系統(tǒng)在熱網(wǎng)補(bǔ)水中的應(yīng)用.自動(dòng)化與儀表，2002（2）
2鐘肇新，彭侃，可編程控制器原理及應(yīng)用.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001
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