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技术文章
浅谈变频器在水处理系统中的技术
2011-07-16
摘要:本文介绍了S7-300系列PLC以及国产安邦信变频器在热轧生产线水处理自动控制系统中的研究与应用,通过本项目的实施,提高了供水系统动态响应能力,并且在节能降耗上取得了巨大的经济效益。

    1、问题的提出

    原带钢水处理系统主要是由1D、2D、3D三台水电机中任意两台从吸水井中抽水,通过磁分离器过滤进入1#水井,然后由15D或16D水泵电机从1#井中抽水供精轧机组冷却用水,17D或18D水泵电机从1#水井中抽水向粗轧机组和卷取区域供水,水对设备冷却后流入地沟,顺地下管路自动流回沉淀池。正常生产时,通过调节V101、V103阀门调节水量,多余的水流入沉淀池中,生产不连续时,通过V102阀门水流回池中。(如图1所示)1D、2D、3D功率为135kW,15D、16D、17D、18D功率为260kW,起动方式为直接起动,这种大功率电机带负荷起动,对电网电压影响非常大,降低电机寿命,所以使电机不能频繁起动,只有在长时间停轧时才能停电机,致使在短时间内停轧只能使水走旁路,造成资源浪费。因此带钢车间水处理系统必须进行改造。

 图1:带钢水处理供水系统图

 2、解决方案

    2.1总体思路

    改造后本系统共包括1D、2D、3D、15/16D、17/18D5套变频调速装置及S7-300型PLC一台,其中1D采用安邦信G9-160T3变频器,2D、3D、15/16D和17/18D采用安邦信G9-280T3变频器,如图2所示,该系统全部采用自动、手动与三段速度三种控制方式2.2PLC在系统中的应用

                                                                 图2:水处理电气控制图
2.2.1本系统所有开关量信号全部输入PLC,通过逻辑运算生成输出信号,模拟量信号由外部调节器和变频器本身生成,其信号不进入PLC。其主要实现以下功能:

    1)利用PLC选择自动/手动频率调节。利用外部调节器生成的4—20mA信号和操作箱上带刻度的单圈可调电位器实现变频器从0—50Hz的全范围自动/手动调节。

    2)三段速度调节。利用操作箱上三位式转换开关来选择变频器装置实行爬行、低速、高速的三段固定速度运行。

    软件编程方面运用了结构化程序设计思路,将相对独立、集中的控制放到一个程序功能或功能块中。程序中,只是满足各种条件下的功能及功能块的调用,使得程序的可读性强。程序中采用了一定的过程数据,使得程序的修改简单,即程序中定义了过程数据,将所有经常使用的I/O点传输给过程数据。

    2.2.21D、2D、3D与15/16D、17/18D联动运行

    为了保证系统投运时1#井的供水和排水两套装置能够相互连锁,在操作箱上设有单动/联动转换开关。单动时每台变频器独立运行互不影响,联动时若需运行15/16D和17/18D必须先运行1D、2D、3D变频装置,并且1#井水位要高于较低报警点的设定设定水位。若要停止1D、2D、3D变频器,15/16D和17/18D变频器必须处于停止位置。联动时若要同时停止15/16D和17/18D,如果1#井水位处于较高水位,则停止操作无效,直至水池低于高水位时停止操作才有效。为了保证15/16D和17/18D运行发生变化时,1D、2D、3D的自动调节能及时跟上,在变频器参数设定时,1D、2D、3D的升降速时间要比15/16D和17/18D短。

    1D、2D、3D与15/16D和17/18D变频器运行实行现场操作与机旁操作箱两地控制,运行前先在PLC柜上选择操作位置,再在所选择的操作位置启动变频器,变频启动运行后自动实现操作位置选择自锁,此时可以任意转换操作位置而不影响变频运行。不论操作位置选在何处,两地操作的停止按钮始终有效。变频启动条件必须满足主回路合闸,变频器无故障等条件。当外部故障时变频器主回路立即切断,变频输出相应立即停止。

    2.3自动信号的生成

    1D、2D、3D采用超声波液位计检测1#水池液位,通过压力变送器产生4-20mA信号输入外部调节器,由其计算生成自动调节信号给变频器,实现液位自动调节。15/16D、17/18D从原轧线流量测量装置取4—20mA流量信号,利用外部调节器计算后给变频器实现流量自动调节。

    1#井水位采用超声波液位计检测,产生4—20mA信号给外部调节器,由于调节器只能接受0-5V信号,所以在仪表信号输入端口并联250Ω标准电阻,使其信号符合仪表要求。在调节器内部设置一标准水位值,同输入信号进行比较,计算其差值经过PID调节器处理后成反比例输出4—20mA信号作为变频器自动给定信号。由于1D、2D、3D都需要监测1#井水位作自动信号,所以我们选用了KD-4000信号隔离器,把输出信号由一路扩展为三路,达到了系统要求。15/16D和17/18D信号处理与1#井水位信号处理方式相同,只是减少了输出信号的隔离扩展。
  3、技术创新点

    S7-300系列PLC以及安邦信变频器在水处理控制系统中得到了成熟的应用。利用所设计的闭环控制系统,对电机转速进行控制,提高了供水系统动态响应能力,实现流量的自动控制,同时减少了冷却水和电能的损耗。

    4、实施效果

    带钢水处理系统自动控制改造完成投入使用以来,运行效果良好,维护简便,节能效果显著,正常工作时,只需2/3的功率即可满足轧线用水量,年可节约电能135万千瓦时,电机转速降低平均30%以上,对于降低水泵机械设备寿命起到了积极的作用,各项指标及控制功能均达到了设计预期目标,实现了水处理全过程自动控制。

    5、结论

    带钢冷却水闭环控制系统的开发应用提高了轧线供水质量,提高了轧辊冷却了能力,减小了轧辊消耗;降低工人劳动强度。开发了PLC、变频器、自动配水等自动控制功能,使整个系统简洁、可靠、易于维护,为带钢的稳产、高产打下了坚实的基础。

 

 


 

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