變頻恒壓供水在鋼廠濁環水循環系統中的應用

張 紅,金 月,李生珠

（1.長春工程學院，長春 130012；2.國網西藏信通公司，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度控制中心，長春 130012）

變頻恒壓供水在鋼廠濁環水循環系統中的應用

張 紅1,3,金 月2,李生珠4

（1.長春工程學院，長春 130012；2.國網西藏信通公司，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度控制中心，長春 130012）

本文主要針對鋼廠濁環水循環系統的生產工藝的要求和運行特點，建立了循環水控制系統，并對變頻調速恒壓供水在大型企業循環水控制系統設計。分析循環水控制系統運行特征和控制要求，設計出總體控制方案。

變頻調速恒壓供水；鋼廠濁環水循環系統；循環水控制系統

0 介紹

隨著我國國民經濟的不斷發展，鋼鐵工業得到了迅速的發展。鋼廠濁環系統是獨立并且十分重要的子系統，循環水泵是循環水系統中不可或缺的執行器件，它消耗的電能占鋼廠總用電量的1%～1.5%[1]。如何在鋼廠的濁環系統采用新技術對現有的水泵優化組合，改善水泵的運行狀態，從而降低濁環水循環系統中水泵能耗有很重要的現實意義。

在鋼廠傳統給水方式中，無反饋信號和壓力控制，用水量小時，系統壓力增高，泵效率降低，管路內漏增加，閥門損壞加劇；用水量增大時，系統壓力則降低，易造成系統高位供水點斷水，目前通化鋼鐵濁環廠泵站數量大、范圍廣、類型多、自動化程度低，監控室值班人員定點采集濁環系統中的出水壓力，通過電能計量表計量器功率等并將數據傳送與監控室，當出水壓力低于設定壓力時報警，此時控制人員需調節水泵閥門的開度從而保持濁環系統的供水保持恒定[2]。通過對鋼廠濁環系統的調研，構建了濁環系統循環水恒壓控制方案，實現循環水控制系統的變頻調速恒壓供水。

1 變頻調速供水原理

使用變頻調速技術實現循環水系統的恒壓供水是通過變頻器調節異步電動機的轉速，改變水泵的出水量，保證管網壓力恒定。因此變頻調速恒壓供水的實質就是變頻調節異步電機的轉速實現調速的。

在變頻調速時，變頻器實現從高速到低速保持有限的轉差率，變頻調速具有調速范圍廣、效率高、機械性能較硬等優點，成為濁環系統中的首選方案[3]。

2 控制系統構成

2.1 濁環水循環控制系統

濁環水循環控制系統主要有以下4部分組成：

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

（2）水泵機組。每個泵站內由變頻泵和工頻泵組成。

（3）控制系統。① PLC：循環水控制系統中電氣控制及其重要的部分，接收現場傳感器采集的壓力信號經過PLC邏輯運算后通過輸出模塊作用于執行機構；②變頻器：根據PLC的運算結果，調節其輸出調壓進而調節水泵的開度實現變頻調速水泵。

2.2 變頻調速恒壓供水系統設計

運用變頻調速技術實現濁環系統的恒壓供水，其中變頻調速恒壓供水系統的部件主要有水泵、電動機、閥門、接觸器、變頻器等器件組成，在此濁環水循環系統中，共有4個泵站，其通過一根管道進入，有壓力變送器來測得進水的壓力，泵站共有工頻、變頻、停止三種工作狀態，其運行過程見圖1。

第一臺水泵M1和第二臺水泵M2工頻運行。循環水控制系統開始運行時，系統中所有輸水管道上的壓力都為零，在變頻器開始運行后，水泵M3開始啟動并且轉速不斷增加，管網壓力也不斷加大，當大到給定值，這時供水量滿足了需求量，電動機轉速就穩定到一個定值，控制系統在這個運行期間M3運行在變頻調速狀態。M4運行在停止狀態。當系統水量需求增大時，在系統壓力閉環控制下將會進一步增大水泵電機的轉速，增加水量輸出以達到再一次的穩定運行。而當水泵電機M3的供電頻率達到工頻50Hz時，仍然沒有達到用戶水量的需求量。這時控制系統就會啟動鎖相環控制電路，讓水泵電機M3穩定切換到工頻運行，同時讓M4變頻啟動。如果當這兩個變頻供水泵都運行到工頻狀態時，仍然不能滿足需要，這時在泵站優化調度中心，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，由循環水總泵站調度中心還決定停止某些泵站的運行，在具體到某個泵站時，按照“先啟動后關閉”的原則關閉變頻泵。

圖1 變頻調速恒壓供水自動控制系統組成原理框圖

2.3 變頻調速恒壓供水系統總設計

根據以上的要求，選用通用變頻器PLC，此種控制方式可以通過變頻器進行變頻調速，同時PLC模塊中包含自適應模糊PID調節器，可以用于將來模塊的擴展，參數交接方便，此種方法可以實現軟硬件結合[5]。在濁環的循環水控制系統中，用水量會發生很大變化要求，通過采集現場的實際出水壓力與系統要求的壓力比較后產生控制控制，然后通過變頻器控制輸出頻率從而來控制水泵的轉速調節出水壓力。

圖2 濁環循環水控制系統控制方案

3 結束語

本文主要講變頻調速技術應用到濁環系統的循環水系統控制中，并按照系統的要求實現節能，并設計系統總的控制方案。

[1]喬維德.應用PLC模糊控制實現變頻調速恒壓供水[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的變頻恒壓供水控制系統, 北京工業大學碩士論文,28-29

[4]顧躍,基于PLC的變頻調速恒壓供水系統研究[D].長沙：中南大學，2003.

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