變頻恒壓供水在鋼廠濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 紅,金 月,李生珠

（1.長春工程學(xué)院，長春 130012；2.國網(wǎng)西藏信通公司，拉薩 850000；3.吉林省配電自動化工程研究中心, 4.長春供電公司電力調(diào)度控制中心，長春 130012）

變頻恒壓供水在鋼廠濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 紅1,3,金 月2,李生珠4

（1.長春工程學(xué)院，長春 130012；2.國網(wǎng)西藏信通公司，拉薩 850000；3.吉林省配電自動化工程研究中心, 4.長春供電公司電力調(diào)度控制中心，長春 130012）

本文主要針對鋼廠濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的要求和運(yùn)行特點(diǎn)，建立了循環(huán)水控制系統(tǒng)，并對變頻調(diào)速恒壓供水在大型企業(yè)循環(huán)水控制系統(tǒng)設(shè)計。分析循環(huán)水控制系統(tǒng)運(yùn)行特征和控制要求，設(shè)計出總體控制方案。

變頻調(diào)速恒壓供水；鋼廠濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)；循環(huán)水控制系統(tǒng)

0 介紹

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鋼鐵工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。鋼廠濁環(huán)系統(tǒng)是獨(dú)立并且十分重要的子系統(tǒng)，循環(huán)水泵是循環(huán)水系統(tǒng)中不可或缺的執(zhí)行器件，它消耗的電能占鋼廠總用電量的1%～1.5%[1]。如何在鋼廠的濁環(huán)系統(tǒng)采用新技術(shù)對現(xiàn)有的水泵優(yōu)化組合，改善水泵的運(yùn)行狀態(tài)，從而降低濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)中水泵能耗有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在鋼廠傳統(tǒng)給水方式中，無反饋信號和壓力控制，用水量小時，系統(tǒng)壓力增高，泵效率降低，管路內(nèi)漏增加，閥門損壞加??；用水量增大時，系統(tǒng)壓力則降低，易造成系統(tǒng)高位供水點(diǎn)斷水，目前通化鋼鐵濁環(huán)廠泵站數(shù)量大、范圍廣、類型多、自動化程度低，監(jiān)控室值班人員定點(diǎn)采集濁環(huán)系統(tǒng)中的出水壓力，通過電能計量表計量器功率等并將數(shù)據(jù)傳送與監(jiān)控室，當(dāng)出水壓力低于設(shè)定壓力時報警，此時控制人員需調(diào)節(jié)水泵閥門的開度從而保持濁環(huán)系統(tǒng)的供水保持恒定[2]。通過對鋼廠濁環(huán)系統(tǒng)的調(diào)研，構(gòu)建了濁環(huán)系統(tǒng)循環(huán)水恒壓控制方案，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水控制系統(tǒng)的變頻調(diào)速恒壓供水。

1 變頻調(diào)速供水原理

使用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的恒壓供水是通過變頻器調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變水泵的出水量，保證管網(wǎng)壓力恒定。因此變頻調(diào)速恒壓供水的實(shí)質(zhì)就是變頻調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。

在變頻調(diào)速時，變頻器實(shí)現(xiàn)從高速到低速保持有限的轉(zhuǎn)差率，變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、效率高、機(jī)械性能較硬等優(yōu)點(diǎn)，成為濁環(huán)系統(tǒng)中的首選方案[3]。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 濁環(huán)水循環(huán)控制系統(tǒng)

濁環(huán)水循環(huán)控制系統(tǒng)主要有以下4部分組成：

（1）信號檢測。在現(xiàn)場中采用了HX-T61型號的壓力變送器，檢測到的壓力信號被標(biāo)準(zhǔn)化后反饋到PLC模擬量輸入端，并與給定壓力值進(jìn)行做差比較后，再由控制器運(yùn)算處理[4]。

（2）水泵機(jī)組。每個泵站內(nèi)由變頻泵和工頻泵組成。

（3）控制系統(tǒng)。① PLC：循環(huán)水控制系統(tǒng)中電氣控制及其重要的部分，接收現(xiàn)場傳感器采集的壓力信號經(jīng)過PLC邏輯運(yùn)算后通過輸出模塊作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)；②變頻器：根據(jù)PLC的運(yùn)算結(jié)果，調(diào)節(jié)其輸出調(diào)壓進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵的開度實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速水泵。

2.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)濁環(huán)系統(tǒng)的恒壓供水，其中變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的部件主要有水泵、電動機(jī)、閥門、接觸器、變頻器等器件組成，在此濁環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)中，共有4個泵站，其通過一根管道進(jìn)入，有壓力變送器來測得進(jìn)水的壓力，泵站共有工頻、變頻、停止三種工作狀態(tài)，其運(yùn)行過程見圖1。

第一臺水泵M1和第二臺水泵M2工頻運(yùn)行。循環(huán)水控制系統(tǒng)開始運(yùn)行時，系統(tǒng)中所有輸水管道上的壓力都為零，在變頻器開始運(yùn)行后，水泵M3開始啟動并且轉(zhuǎn)速不斷增加，管網(wǎng)壓力也不斷加大，當(dāng)大到給定值，這時供水量滿足了需求量，電動機(jī)轉(zhuǎn)速就穩(wěn)定到一個定值，控制系統(tǒng)在這個運(yùn)行期間M3運(yùn)行在變頻調(diào)速狀態(tài)。M4運(yùn)行在停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)系統(tǒng)水量需求增大時，在系統(tǒng)壓力閉環(huán)控制下將會進(jìn)一步增大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加水量輸出以達(dá)到再一次的穩(wěn)定運(yùn)行。而當(dāng)水泵電機(jī)M3的供電頻率達(dá)到工頻50Hz時，仍然沒有達(dá)到用戶水量的需求量。這時控制系統(tǒng)就會啟動鎖相環(huán)控制電路，讓水泵電機(jī)M3穩(wěn)定切換到工頻運(yùn)行，同時讓M4變頻啟動。如果當(dāng)這兩個變頻供水泵都運(yùn)行到工頻狀態(tài)時，仍然不能滿足需要，這時在泵站優(yōu)化調(diào)度中心，就會啟動其他泵站滿足用戶用水量的需求。如果用水量減少時，由循環(huán)水總泵站調(diào)度中心還決定停止某些泵站的運(yùn)行，在具體到某個泵站時，按照“先啟動后關(guān)閉”的原則關(guān)閉變頻泵。

圖1 變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)組成原理框圖

2.3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)總設(shè)計

根據(jù)以上的要求，選用通用變頻器PLC，此種控制方式可以通過變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，同時PLC模塊中包含自適應(yīng)模糊PID調(diào)節(jié)器，可以用于將來模塊的擴(kuò)展，參數(shù)交接方便，此種方法可以實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合[5]。在濁環(huán)的循環(huán)水控制系統(tǒng)中，用水量會發(fā)生很大變化要求，通過采集現(xiàn)場的實(shí)際出水壓力與系統(tǒng)要求的壓力比較后產(chǎn)生控制控制，然后通過變頻器控制輸出頻率從而來控制水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)出水壓力。

圖2 濁環(huán)循環(huán)水控制系統(tǒng)控制方案

3 結(jié)束語

本文主要講變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到濁環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水系統(tǒng)控制中，并按照系統(tǒng)的要求實(shí)現(xiàn)節(jié)能，并設(shè)計系統(tǒng)總的控制方案。

[1]喬維德.應(yīng)用PLC模糊控制實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速恒壓供水[J].工礦自動化，2007（03）：118-120.

[2]E H Mamdani.Application of FuzzySynthesis.IEEE TransComputer 1977Logic to Approximate Reasoning Using（12）：1182-1190.Linguistic.

[3]劉英,采用鎖相同步切換技術(shù)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng), 北京工業(yè)大學(xué)碩士論文,28-29

[4]顧躍,基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研究[D].長沙：中南大學(xué)，2003.

[5]王瑞蘭，基于模糊PID控制的變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)，山東大學(xué)碩士論文.24-25.