關(guān)鍵詞： 變頻器；軟啟動(dòng)；液位計(jì)；水泵；控制系統(tǒng)
Application of Altivar 38 Inverter in Water Treatment System
LU Bin，YANG Hua
（Xinyu Iron and Steel Co．Ltd．，Xinyu 338001 Jiangxi，China）LU Bin，YANG Hua
Abstract： In order to realize the water level’s stability of circulating cold pool for medium and heavy plate and avoid the overflowing，it is able to save energy and reduce pollution much better．The control systemers of double water pump are designed by center of water treatment in steel rolling area at Xingang，according to the plan that is composed of Altivar 38 inverter，PLC，soft stating and fluviograph ．Through frequency regulation，frequent operation of water treatment is reduced and the constant pressure frequency water supply is achieved．The whole system operation is stable and the reliability is raised，
Key Words： inverter；soft staring；fluviograph；water pump；control system
O 引言
變頻節(jié)能技術(shù)以其成熟性，性能穩(wěn)定深受企業(yè)用戶的青睞。其原理：一般電氣拖動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)上考慮有短時(shí)過載運(yùn)行的情況，在電動(dòng)機(jī)的功率配置上往往要大于負(fù)載最大功率的l0％左右，甚至更大一些。電動(dòng)機(jī)功率選小了，大負(fù)載運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱導(dǎo)致絕緣過早老化，影響使用壽命；電動(dòng)機(jī)功率選大了，勵(lì)磁電流增大，無功損耗大，功率因數(shù)低以致不經(jīng)濟(jì)。另外，電氣拖動(dòng)設(shè)備不是長(zhǎng)期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，而是長(zhǎng)期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，而是長(zhǎng)期工作在非經(jīng)濟(jì)負(fù)荷狀態(tài)，即額定值85％左右，這樣剩余功率和冗余功率就是一種浪費(fèi)。變頻技術(shù)正是解決這一問題的最好辦法，它可以做到自動(dòng)負(fù)荷匹配，在任何工況下電動(dòng)機(jī)和負(fù)荷都可以實(shí)現(xiàn)最佳的匹配[1]。
1 問題的提出
軋鋼區(qū)水處理中心是新余鋼鐵有限責(zé)任公司二期技改的一部分，主要負(fù)責(zé)處理并供給中厚板廠和線材，一所需的濁環(huán)水和凈環(huán)水。中厚板廠濁環(huán)水系統(tǒng)是24 h不間斷運(yùn)行供水，運(yùn)行以來，由于經(jīng)常換輥以及生產(chǎn)工藝要求的不同，造成用水量不穩(wěn)定，導(dǎo)致冷水池水位時(shí)高時(shí)低，運(yùn)行不穩(wěn)定、不安全且常溢流造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染。為此，須通過頻繁操作回流閥及開、停泵來調(diào)整水池水位。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2006年6～8月，平均每天調(diào)整回流至少18次，啟停泵至少3次。泵機(jī)頻繁工頻啟動(dòng)縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，工頻啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，管網(wǎng)壓力沖擊，瞬停時(shí)的水錘效應(yīng)造成設(shè)備故障率高，檢修頻繁，維修成本增高。電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行所消耗的電能很大一部分被用于系統(tǒng)打回流，做無用功，電耗增多。原系統(tǒng)為一開環(huán)系統(tǒng)，只起到機(jī)泵開車、停車作用，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。操作人員監(jiān)控難度大，需時(shí)時(shí)監(jiān)控，稍不注意就會(huì)影響水位調(diào)整。另外，水位波動(dòng)大，液位計(jì)選型不當(dāng)，電腦顯示不能如實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)情況，操作人員必須經(jīng)常到現(xiàn)場(chǎng)查看，既不能及時(shí)準(zhǔn)確地提供調(diào)整數(shù)據(jù)，使得調(diào)整滯后，又增加了工作量。
2 系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)及確定
2．1 選型
現(xiàn)運(yùn)行方式為除油泵房1號(hào)～4號(hào)泵供中厚板濁環(huán)冷水池用水，根據(jù)生產(chǎn)需要，決定增加1臺(tái)變頻裝置實(shí)行變頻改造，采用“一拖二”形式，即1套變頻裝置能夠互換拖動(dòng)2臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)，用于除油泵房3號(hào)和4號(hào)泵電動(dòng)機(jī)，這樣1臺(tái)變頻運(yùn)行，另1臺(tái)備用，機(jī)組檢修不影響變頻系統(tǒng)的工作。所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)均為Y2—3l5M一4（380 V 132 kW 240 A），變頻裝置選用施耐德Telemecanique公司的Altivar38節(jié)能型變頻器，功率132 kW。它符合IEC、UL和CSA等標(biāo)準(zhǔn)，具有調(diào)速范圍寬，加減速制動(dòng)性能好自適應(yīng)調(diào)整和節(jié)能以及電源過壓、電動(dòng)機(jī)缺相、電動(dòng)機(jī)過熱、變頻器過熱等保護(hù)功能。
變頻調(diào)速器（簡(jiǎn)稱VVVF）給定有多種方式，在這里采用變頻器面板PI給定和液位計(jì)檢測(cè)的電流反饋，通過對(duì)內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置形成PID調(diào)節(jié)的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。
2．2 控制回路
2臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)的原控制回路均保留作為新控制系統(tǒng)的工頻旁路，由變頻柜上的工頻／變頻選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)確定。2臺(tái)水泵電機(jī)工變頻之間以及相互變頻之間都有電氣連鎖，避免誤操作。電氣控制回路線路見圖1。
2．3 主回路
由于原工頻主回路采用了長(zhǎng)沙奧托型號(hào)為QB4200的交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器，為了保證改造后不影響工頻的順利啟動(dòng)，必須將變頻器電動(dòng)機(jī)主回路輸出接線端接自軟起動(dòng)器的輸出端，見圖2。
2．4 操作方式
本系統(tǒng)的操作可實(shí)現(xiàn)變頻面板／主控室／現(xiàn)場(chǎng)三地控制，三者都可控制水泵電機(jī)的啟動(dòng)與停止。變頻面板控制還可實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)、參數(shù)設(shè)定及系統(tǒng)運(yùn)行情況的LED顯示，主要方便調(diào)試。主控室控制即為PLC遠(yuǎn)程控制，正常情況下的操作方式，方便操作人員控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制是在電機(jī)旁設(shè)有一個(gè)操作箱，主要方便工作人員就地觀察水泵及電機(jī)檢修后的重啟，以及在事故情況下的停機(jī)。
2．5 監(jiān)控系統(tǒng)
原工頻已采用PLC控制，選用Siemens的S7—300型PLC及梯形圖可視化編程語言的STEP7專用軟件，處理來自電控柜及現(xiàn)場(chǎng)操作箱的接觸器、軟啟動(dòng)器，選擇開關(guān)等電氣元器件的大量開關(guān)量信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)各儀表變送器采集的電機(jī)電流、水池水位高度等4～20 mA的電流信號(hào)。然后計(jì)算判斷對(duì)執(zhí)行器件進(jìn)行控制，上位機(jī)通過Pe Adaptm’（MPI）與PI C連接互通信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。WinCC（視窗控制中心）是Siemens公司推出的上位機(jī)控制系統(tǒng)軟件，采用WinCC6．0組態(tài)軟件編寫上位機(jī)的監(jiān)控畫面，建立監(jiān)控畫面的PLC內(nèi)存數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的連接，從而使系統(tǒng)的管理和維護(hù)非常方便。增加變頻裝置后，原PLC系統(tǒng)和監(jiān)控畫面基本不變，但在此基礎(chǔ)上加以完善。增加了工頻／變頻轉(zhuǎn)換選擇的開關(guān)量輸入，一則在對(duì)話框中顯示工作方式狀態(tài)，二則增加軟接點(diǎn)在通過程序的稍加修改，以其輸出來控制微型繼電器，利用微型繼電器的輔助電接點(diǎn)增加工變頻的電氣互鎖，確保可靠性。
2．6 水位模擬量采集
原中厚板濁環(huán)冷水池水位4～20mA的模擬電流信號(hào)采集，是通過安裝在水池頂部的超聲波液位計(jì)檢測(cè)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換而得。由于水池水位波動(dòng)太大，濁環(huán)水溫使得水池內(nèi)水汽較大，濁環(huán)水水質(zhì)存在一定的腐蝕性，原液位計(jì)使用效果不佳，在此次變頻改造中解決這一問題迫在眉睫。經(jīng)多方考慮，選用上?？祫?chuàng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為UQC一50，量程為5 m且防腐能力強(qiáng)的磁浮子液位計(jì)。其基本原理是磁耦合及阿基米德浮力定理，當(dāng)水池內(nèi)液位升降時(shí)，其主導(dǎo)管內(nèi)磁性浮子也隨之升降，通過磁耦合驅(qū)動(dòng)指示器內(nèi)磁珠翻轉(zhuǎn)，同時(shí)磁浮子也帶動(dòng)LB捆綁式液位變送器和MCU一1／CK一1液位控制器工作。通過實(shí)踐證明磁浮子液位計(jì)使用效果好，很適合中厚板濁環(huán)冷水池的工況環(huán)境，并且增加了水池現(xiàn)場(chǎng)顯示。另外，為減少電磁干擾對(duì)該信號(hào)的影響，采用ZRK—VVRP 2X1．5阻燃屏蔽信號(hào)電纜，并在PLC模擬量輸人板AI板前增加了1個(gè)一分二隔離器，一路給電腦顯示用，一路提供給變頻器反饋信號(hào)用。
3 變頻改造效果
1）節(jié)約電費(fèi)。變頻改造后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流約為14OA，頻率為40Hz左右，運(yùn)行穩(wěn)定，波動(dòng)很??；改造前電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流為240 A，頻率為50 Hz，兩相比較，每年可節(jié)約電費(fèi)38萬元左右。
2）降低設(shè)備維修費(fèi)。變頻改造后，由原平均每天調(diào)整回流18次，降為現(xiàn)在每天開回流2次；原平均每天啟停泵3次，降為現(xiàn)在每月1次。變頻啟停過程中對(duì)電動(dòng)機(jī)、水泵、電網(wǎng)、電氣元件的沖擊降至最低，每年因設(shè)備故障率的大幅度下降而節(jié)省的維修費(fèi)約1萬余元。
3）社會(huì)效益。變頻改造后使得中厚板濁環(huán)冷水池水位已穩(wěn)定，確保了供水，既做到了少補(bǔ)水，提高濁環(huán)水循環(huán)率，又、避免了水資源的浪費(fèi)，而且不外排，保護(hù)了環(huán)境。
4 結(jié)語
變頻泵自2006年10月投用至今，運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定，節(jié)能效果非常明顯，不但經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且社會(huì)效益良好，變頻改造達(dá)到了“節(jié)能減排”的預(yù)
[ 參考文獻(xiàn)]
【1】韓安榮．通用變頻器及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2OO4
（轉(zhuǎn)載）
