銅街大溝尾礦庫回水節能技術的應用

黃 波

(云南華聯鋅銦股份有限公司)

?

銅街大溝尾礦庫回水節能技術的應用

黃 波

(云南華聯鋅銦股份有限公司)

原銅街大溝尾礦庫回水采用三菱FR740變頻器進行開環控制，造成二級泵池的水溢流返回尾礦庫，導致水、電成本大幅上漲。為此，決定采用原二級泵站艾默生DCS系統，通過在泵池上加裝超聲波液位計，采用Modbus RTU數字通訊技術，構成一主站三從站的PID閉環控制網路，對3臺三菱FR740變頻器進行節能控制，實現了3臺變頻器負荷曲線的歷史查詢、遠程實時泵池恒液位控制，減輕了操作人員的勞動強度，節約了回水成本。

變頻器 超聲波液位計 尾礦庫回水 節能

為適應國家環保需求，云南華聯鋅銦股份有限公司要求企業生產用水盡可能使用工業回水。長期以來，尾礦庫水送回車間使用都是采用人工調節頻率的方式，但由于兩個泵站相隔較遠，看不見水池液位，送上泵池的水長期溢流返回尾礦庫，使回水成本遠比使用水庫中的新水高。因此，決定對水泵采用恒液位節能方式控制，以便達到節水、節電的目的。

1 尾礦庫概況

云南華聯鋅銦股份有限公司是集采礦、選礦、冶煉為一體的大型國有控股企業，銅街大溝尾礦庫2013年建成，匯水面積17.25 km2，右岸坡度較陡(35°～50°)，左岸坡度稍緩(10°～35°)，庫內平均縱坡13.5%，位于新田選廠東南面約5 km的銅街大溝內。該尾礦庫初期壩是在原銅街大溝尾礦庫初期壩的基礎下游擴建，按照新田選廠20 a生產服務期設計，最終堆積標高1 140 m，尾礦壩最大壩高160 m，總庫容3 548萬m3，有效庫容2 909萬m3。一級泵站浮船位于尾礦庫岸邊，浮船上的裝備主要有3臺三菱FR740變頻器驅動3臺160 kW的電機，通過人工手動調節電位器的控制供水流量和壓力，對二級泵站的水池供水，由于尾礦庫到二級泵站的高差較大，一二級泵站之間的距離較遠，二級泵站水池液位控制困難，造成水池長期溢流。

2 控制系統構成

采用PID閉環控制算法實現系統的自動控制。控制系統主要由信號采集、運算輸出、執行驅動組成，系統結構見圖1。

黃 波(1980—)，男，工程師，663701 云南省文山州馬關縣都龍鎮。

圖1 系統結構

2.1 信號采集部分

采用西門子的sitrans PROBE LU超聲波液位計對二級泵站的水池液位進行測量，液位計參數設置:P001測量模式-1(物位)、P003測量響應-2(中等)、P005單位-1(m)、P006零點-(2.5 m)、P007量程-(2.35 m)來實現對水池液位的測量，通過4～20 mA將測量出來的信號傳送到DCS的模擬量輸入模塊進行模數轉換，完成了控制信號的采集。

2.2 運算輸出

由于配電室與浮船相距有1.5 km，為了減少電纜的使用量和獲得精確的數據信號，決定采用Modbus RTU方式進行數據通訊，數據傳輸通過兩個光纖收發器轉換后由光纖連接，DCS定義為Modbus RTU主站。主站DCS配置了兩塊電源模塊、兩塊CPU模塊進行冗余、兩塊AI卡、兩塊AO卡、3塊DI卡、兩塊DO卡和一塊串口卡，在艾默生DCS軟件DeltaV中進行硬件卡件組態、程序編寫、實現遠程數據的采集。

DeltaV串口卡件組態，從DeltaV Explorer訪問端口的屬性：Physical Network-Control Network-CTLR-I/O-P01-Properties，在Port選項中選中Enabled以啟用通訊端口；在Advanced選項中選擇RTU協議類型，Modbus Master模式；在Communications選項中選擇RS422/RS485半雙工，波特率為9600，校驗位為無，數據位為8，停止位為1。右鍵點擊P01選擇New Serial device，創建3臺設備，分別定義Device Address為2、3、4，即為3臺變頻器的Modbus地址[1]。

創建New dataset，在General選項中選擇數據類型為input;Deltav中選擇16 bit int w/status；PLC選項中選擇holding registers、PLC base register40001、offset200、Number of 16，完成DCS的硬件配置。

DeltaV的程序編寫，通過查閱三菱FR740變頻器的通訊手冊發現，變頻器的控制輸入命令存于40009，運行頻率存于40014，輸出頻率存于40201中，輸出電流存于40202中，輸出端子狀態存于40216中，通過程序編寫，實現對3臺變頻器調速、啟停，讀取轉速、電流和狀態信號。程序功能見圖2所示。

圖2 程序功能

2.3 執行驅動

執行驅動由一對型號為UT-277SM的485轉光纖的收發器和3臺型號為FR740的變頻器構成，3臺變頻器分別作為Modbus的1#、2#、3#從站，并按照通訊接線(圖3)。

圖3 通訊連接

變頻器通訊參數設置：Pr331通訊站號分別對3臺變頻器設置為2、3、4，與DCS程序里的站號相對應，Pr332通訊速率9600，Pr333通訊停止位1，Pr334奇偶校驗設為偶校驗，Pr549選擇協議設置為ModbusRTU，Pr551PU模式操作權選擇2。完成3臺變頻器的硬件連接和軟件程序設置[2]，實現了3臺變頻器的DCS遠程PID自動控制，達到了恒液位控制的目的。

3 結 語

通過改造，實現了銅街大溝尾礦庫浮船變頻器PID恒液位的DCS遠程自動控制，可以實時觀看3臺變頻器和二級泵站液位的運行狀態和運行數據，降低了操作人員的勞動強度，每月節約了10 000 kWh的電量消耗，降低了車間的生產成本，達到了改造的預期效果。

[1] 李占英.分散控制系統(DCS)和現場總線控制系統(FCS)及其工程設計[M].北京：電子工業出版社,2015.

[2] 鄭鳳翼.輕松解讀三菱變頻器原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2012.

2016-09-23)