冶金企業生產恒壓供水系統的設計與應用

楊書華，侯曉靜

（天津冶金職業技術學院電氣工程系，天津 300400）

冶金企業生產恒壓供水系統的設計與應用

楊書華，侯曉靜

（天津冶金職業技術學院電氣工程系，天津 300400）

為了節能降耗，采用恒定壓力供水的方法，設計了冶金企業生產恒壓供水系統。介紹了該系統的主電路、PLC的I/O口、變頻器、主程序框圖的設計方法。經實際運行，該系統操作方便，穩定性高、抗電磁擾動能力強，具有節能效果，提高了經濟效益。

恒定壓力；供水；系統；變頻器；設計

1 引言

冶金企業生產過程需要供水，恒定壓力供水可滿足生產需要，也可節省能源，具有明顯的經濟效益和社會效益。以前采用調節閥門恒定壓力供水的方法，采用調節泵轉速恒定壓力供水的方法改造老系統，節能降耗更加顯著。

2 工藝對控制的要求

系統在常態期間，工作在恒定壓力供水方式下，在此期間系統維護方式無效。PLC依據給定值自動調整變頻器的輸出頻率，精確跟隨與給定值對應的供水壓力。生產用水量大時，揚程減小，供水量減少，供水壓力降低，1#電動機輸入交流電的頻率提高，供水壓力上升。當變頻器的輸出頻率提高到最大值時，供水壓力還小于給定的壓力時，要求1#電動機自動轉換到工頻狀態下，此時2#電動機起動，2#電動機工作在變頻狀態，兩臺泵同時工作。生產用水量小時，揚程增大，供水量增多，供水壓力上升，2#電動機退出變頻狀態，1#電動機由工頻狀態自動轉換到變頻狀態，系統自動調節變頻器的輸出頻率，最終系統要穩定在給定的供水壓力。當恒定壓力供水方式發生故障或系統定期維護期間，工作在系統維護方式下。根據生產現場具體情況，可選擇1#電動機或2#電動機工作在工頻狀態[1]。

根據上述要求，采用S 7-200PLC作為控制器，變頻器使用MM440。使用PLC的比例、積分、微分控制功能。供水壓力傳感器從供水管網中檢測并回饋壓力信號，濾波放大電路將壓力信號放大后回饋給PLC的模擬量輸入端，壓力信號與給定的供水壓力信號疊加形成壓力偏差信號，PLC根據設計的比例、積分、微分程序調節其輸出端的模擬信號，PLC的模擬輸出信號輸出給M M440的模擬電壓輸入，調節MM440的輸出頻率。圖1為系統框圖。

3 主電路及PLCI/O口設計

在PLC控制下，采用一臺MM440控制兩臺電動機，1#電動機和2#電動機能夠在工頻和變頻狀態下進行轉換，圖2為主電路圖。

圖1 系統框圖

圖2 主電路圖

圖3 S7－200I/O口接線圖

圖3是PLCI/O口電路圖。S B0控制系統的起動。K1閉合時，KM1閉合，系統在恒定壓力供水方式下工作。變頻器的輸出頻率達到最大值時，I0.5為高電平，1#電動機和泵轉換到工頻狀態下，2#電動機和泵變頻起動[2]。變頻器的輸出頻率達到最小值時，I0.6為高電平，2#電動機和泵停車，1#電動機和泵由工頻轉換到變頻狀態下。K2閉合時，KM1釋放，系統在系統維護方式下工作，可根據現場情況閉合K3或K4，選擇1#電動機和泵或2#電動機和泵工頻運行。

變頻器輸出頻率最大值一般設定在50Hz，最小值一般設定在30Hz。

4 程序框圖設計

圖4為程序框圖。閉合斷路器Q，再閉合SB0，PLC程序初始化。系統依據應用程序自動跟隨給定的供水壓力信號。

圖4 程序框圖

生產用水量大時，變頻器的輸出頻率已經達到最大值，而供水壓力還沒有達到給定的供水壓力時，MM440輸出高電平到I0.5。PLC輸出Q0.1為低電平、Q0.2為高電平，KM2釋放，KM3閉合，1#電動機和泵由變頻轉換到工頻狀態。變頻器暫停，PLC定時器定時3s，變頻器的輸出頻率由最大值逐漸下降，3s后PLC輸出Q0.3為高電平，2#電動機和泵變頻起動。設計轉換時間3s，可使變頻器的輸出頻率下降，可使2#電動機和泵軟啟動，減小電動機啟動電流[3]。

生產用水量小時，變頻器的輸出頻率下降到最小值，實際供水壓力大于給定的供水壓力，MM440輸出高電平到I0.6。此時，PLC輸出Q0.3為低電平，KM4釋放，2#電動機和泵退出變頻狀態并停車。與此同時PLC輸出Q0.1為高電平、Q0.2高電平，KM2閉合，KM3釋放，1#電動機和泵由工頻轉換到變頻狀態。供水過程中，電動機和泵的轉速過低、會出現水泵“空轉”的現象，即水泵的全揚程小于基本揚程（實際揚程），變頻器的輸出頻率最小值設計在30H z，可解決此問題。

5 使用效果

系統改造后運行半年，與改造前同期比較，節水指標提高了10%，耗電降低了25.6%，故障率降低了24%，維護費用減少了31%。上述結果證明，采用調節泵轉速恒定壓力供水系統在技術上和經濟效益上都是可行的。

6 結束語

系統采用PLC作為控制器，具有穩定性高、抗電磁擾動能力強、制造成本低、修理容易、系統柔性強、操作方便等諸多優點。供水系統中，控制供水流量可采用調節閥門的方法或調節泵轉速的方法，采用調節泵轉速的方法節能效果、經濟效益明顯。

[1]齊衛紅.過程控制系統[M].2版.北京：電子工業出版社，2011:204-207.

[2]劉沂.電氣控制技術[M].2版.大連：大連理工大學出版社，2008:2 8 6-2 8 8.

[3]姜樹杰.傳感器應用技術[M].2版.天津：天津大學出版社，2013:50-5 4.

Design and Application of Constant Pressure Water Supply System for Production in Metallurgy Enterprise

YANG Shu-hua and HOU Xiao-jing

(Electrical Engineering Department,Tianjin Metallurgy Professional Technology Institute,Tianjin 300400,China)

In order to save energy and reduce consumption,constant pressure water supply method is adopted to design water supply system for production in metallurgy enterprise.This paper explains the design approach of main circuit,I/O ports of PLC,frequency converter and main program architecture of the said system.Practical run shows the system,easy to operate,with high stability and strong electromagnetic interference resistance,results in good energy conservation effect and improves economic benefit.

constant pressure;water supply;system;frequency converter;design

2013-01-05

2013-02-03

楊書華（1965—），女，天津人，副教授，主要從事電氣自動化方面的研究工作，E-mail：dianqiyangshuhua@1 2 6.com。

（編輯 潘娜）