旋流池控制系統設計與優化

王成龍，張國鋒，段文宇，王曄，樓緯

（濟鋼集團有限公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

旋流池控制系統設計與優化

王成龍，張國鋒，段文宇，王曄，樓緯

（濟鋼集團有限公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

為提高旋流池控制系統穩定性，應用S7-300PLC作為系統主站，通過現場總線Profibus-DP與1個ET200分站及1個PP17建立通訊實現控制，通過MPI連接1臺計算機操作員站，采用STEP7完成控制系統應用軟件開發，應用SMC150軟啟動器，實現了1臺軟啟動器掛接2臺電機，泵的啟動電流由原來直接啟動的1 200 A降到800 A，減少了因速度突變而引起的電流過大和機械沖擊，有利于延長電氣和機械壽命。

旋流池；軟啟動器；PLC；控制系統

1 前言

軋鋼系統中，水循環處理是必不可少的環節，濟鋼寬厚板2 500 mm產線采用直接冷卻循環水方式進行渣水處理，其中旋流池的2臺回水泵、2臺沖渣泵采用接觸器吸合直接啟停控制方式，經過1 a的運行，發現存在以下不足：1）啟動電流可以達到額定電流的5～7倍［1］，電流沖擊波動達到15%以上，對電網中的其他設備造成不良影響。2）啟動電流大，電機瞬間沖擊大，減少電機壽命，對設備的穩定運行構成威脅。

為此，經過多種方案對比，決定采用一拖二軟啟控制系統。

2 系統硬件組成

2.1 主回路

主回路組成：2臺回水泵選用2B×G350WFBAD1型水泵，總揚程33 m，流量690 m3/h，配用電機145 kW；2臺沖渣泵選用2B×G250WFB-CD1型水泵，總揚程46 m，流量480 m3/h，配用電機110 kW；2 臺SMC 150型軟啟動器對回水泵組和沖渣泵組主分別控制；斷路器選用AB的400A；接觸器選用GMC 的400 A，線圈220 V。正常情況下，斷路器全部處于合閘狀態，軟啟動器上端接觸器101KM1處于吸合狀態。

以1#沖渣泵為例，當1#沖渣泵啟動時，1#沖渣泵軟啟接觸器101KM5吸合，軟啟動器啟動，電機運行，軟啟動器輸出電壓達到額定電壓，1#沖渣泵工頻接觸器101KM4吸合，1#沖渣泵軟啟接觸器101KM5斷開，電機投入電網運行［2］。因電機采用軟啟動器啟動后就投入電網運行，軟啟動器對起動后的電機沒有了保護功能，所以在電路中加入了電機保護器，對電機進行過載，過流保護。

2.2 控制回路

SMC150軟啟動器控制電源為220 V，端子11和13通過空氣隔離開關接220 V電源。1#沖渣泵啟動時，中間繼電器101KA3線圈得電，軟啟動器啟動信號得電，軟啟動器進入啟動程序，啟動19 s后，中間繼電器101KA3線圈失電，完成1#沖渣泵軟啟工作。

3 控制系統設計與功能實現

3.1 控制系統配置

系統采用PLC產品及監控軟件WINCC，以實現旋流池自動化控制功能。S7-300PLC作為系統主站，通過現場總線PROFIBUS-DP與1個ET200分站及1個PP17建立通訊實現控制。通過MPI連接1臺計算機操作員站。其CPU模塊為6ES7 315-2AG10-OABO，主站中掛接1塊32位開關量輸人模塊6ES7 321-1BL00-OAA0；1塊32位開關量輸出模塊6ES7 322-1BL00-OAAO；2塊8通道模擬量輸入模塊6ES7 331-7KF02-OABO；1塊4通道模擬量輸出模塊6ES7 332-5HD01-OABO；電源模塊采用6ES7 307-1EA00-OAAO。控制電源從UPS引出，電源故障斷電后，可維持30 min不間斷供電，從而保障PLC自動控制系統的正常運轉。ET200分站模塊為6ES7 315-2AG10-OABO，分站掛接1塊32位開關量輸人模塊6ES7 321-1BL00-OAA0；1塊32位開關量輸出模塊6ES7 322-1BL00-OAAO。旋流池控制系統配置見圖1。

3.2 PLC控制程序設計

控制系統應用軟件的開發采用STEP7完成，主要軟件功能包括：順序流程控制，壓力、液位模擬量實時數據采集處理，越限報警和故障診斷。一拖二式軟起啟動編寫程序：

圖1 旋流池控制系統配置

1）選擇啟動方式。在PP17控制面板上選擇軟啟控制柜柜門操作/操作臺操作啟動，如果選擇操作臺操作只需按動PP17控制面板相應泵的啟停按鈕即可實現相應泵的啟停。如果選擇控制柜柜門操作必須按下主回路合閘按鈕后再按相應泵的啟動按鈕。

2）實現軟啟轉工頻的切換。泵的啟動按鈕按下后，相應的軟啟軟啟接觸器吸和，實現泵的軟啟動，待軟啟工作19.5 s后，軟啟停止，軟啟接觸器釋放，再過0.5 s工頻接觸器吸和，切換至工頻工作。

3）兩臺泵之間的聯鎖。在1#泵軟啟啟動期間，2#無法啟動，直至1#泵完成軟啟啟動切換至工頻后，才可啟動2#泵。

3.3 SMC150軟啟動器參數設置

SMC150軟啟動器主要由三相反并聯式晶閘管構成，通過控制晶閘管的導通角改變輸出電壓。啟動電機時，晶閘管輸出電壓不斷增加［3］，直到電機達到額定轉速，晶閘管全導通，電機端電壓達到額定電壓，啟動完成。SMC150軟啟動器參數設置如表1所示。

表1 SMC150軟啟參數設置

軟啟動方式是最常用的啟動方式，電動機得到預設定的初始轉矩。該轉矩可在轉子堵轉轉矩的0%～90%范圍內由用戶調節，本系統根據調試具體情況確定為90%。在按y=kx+b曲線模型加速期間，輸出給電動機的電壓，從初始轉矩相對應的電壓開始無級地增加。加速度時間從0～30 s可由用戶調節，本系統根據調試具體情況確定為19 s。在電壓升高的過程中，當SMC Dialog Plus軟起控制器檢測到電動機已達到額定轉速狀態，輸出電壓將會自動切換到全電壓。

3.4 人機接口（HMI）設計

人機接口由PP17控制面板和上位機組成。PP17控制面板通過PROFIBUS DP連接到S7-300控制器。PP17控制面板配備有32個預先指定的短行程鍵及彩色表面指示燈。PP17控制面板I/O點配置不能與開關量輸人模塊、開關量輸出模塊的I/O點配置的起始地址重復。

上位機通過MPI通信方式連接到S7-300控制器，來實現數據傳輸，采用西門子WinCC軟件進行上位機畫面設計。上位機畫面是按照裝置工藝和操作員的專門需要組態的，用以表示工藝過程狀態的顯示畫面。上位機畫面顯示的主要內容包括工藝流程動態畫面（如棒圖.動態填充或趨勢窗口）、數據監視、系統狀態顯示、趨勢歸檔、記錄、過程及系統報警、報表等。

3.5 優化控制回路

此次改造后設備良好，但是曾出現一次泵的電機線圈短路，頂跳斷路器的故障。之前設計為節約成本，斷路器選擇了無附點的型號，沒有將斷路器的狀態返回加入控制回路，造成斷路器斷開，接觸器仍吸合，檢修人員在不明現場情況時，復送斷路器，則是帶負荷送電，易造成事故。為防止事故出現，利用檢修對旋流池控制系統優化。每臺泵相應增加1個控制回路，將新添控制回路的中間繼電器附點引入ET200下的輸入模塊IB32。將引入IB32 的I/O點作為控制接觸器線圈合分的控制信號，從而實現斷路器斷開，相應的軟起接觸器和工頻接觸器都分斷，避免了斷路器跳開，接觸器不動作，帶負荷送電的情況。

4 結語

旋流池控制系統應用后，系統運行穩定，泵的啟動電流由原來直接啟動的1 200 A降到800 A，減少了因速度突變而引起的電流過大和機械沖擊，有利于延長電氣和機械壽命，實現了1臺軟啟動掛接2臺電機的功能，既節省空間又降低成本。該系統投用后，每年節約電耗15 800 kW·h，減少電機維修費用1.75萬元。

［1］趙成軍.專用泵控制軟啟動器在酒鋼120 t轉爐中壓泵改造中的應用［J］.電工技術，2011，（2）：39-40.

［2］孟彥京.基于LOGO的“一拖二”軟啟動控制系統的實現［J］.中國造紙，2014，12（33）：42-46.

［3］喬小冬.換流閥冷卻系統主循環泵啟動方式優化設計［J］.電工技術，2016，（2）：69-71.

Design and Optimization for the Swirl Pool Control System

WANG Chenglong,ZHANG Guofeng,DUAN Wenyu,WANG Ye,LOU Wei
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

In order to improve the stability of the swirl pool control system,the S7-300PLC is used as the master system,the communication is established between ET200 stations and PP17 through the PROFIBUS-DP,the computer of the operator station is connected by MPI.The STEP7 software is applied to develop the control system.The SMC150 soft starter is applied to realize one soft starter connecting two motor’s function.The starting current of the pump is reduced to 800 A from above 1 200 A in original,and it is favorable for prolonging the life of electrical and mechanical equipments.

swirl pool;soft starter;PLC;control system

TP273

B

1004-4620（2017）02-0064-02

2016-10-14

王成龍，女，1989年生，2013年畢業于內蒙古大學控制工程專業。現為濟鋼檢修工程公司軋鋼部工程師，從事軋鋼電氣自動化技術開發及與應用工作。