在钢铁生产的过程中, 各种资源和能源的消耗都非常大。为了能够可持续的经济发展, 也为了降低产品的生产成本, 钢铁企业必须寻求一种节能降耗的新路子。随着变频器生产技术的日益成熟, 其价格也逐渐降至用户能够接受的水平。在风机水泵类负载中, 变频器的应用可以明显的起到节能目的, 在较短时间内可以收回投资成本, 因此在钢铁生产领域尤其风机水泵类的负载中, 变频器的应用也越来越广泛。
1 系统介绍
1.1 工艺及改造方案简介
在线材生产过程中, 钢坯经加热炉及初中精轧之后, 为了改善成品线材的材料性能, 线材进入穿水冷却工艺流程线。
为了保证各种品种的钢材都能获得最佳的冷却效果, 要求从泵站送出的高压水具有在特定压力范围的连续可调的特性。
三钢 (集团) 有限责任公司高速线材二厂穿水冷却变频穿水系统的改造, 是在原生产系统的基础上, 为了更好地完成工艺对穿水冷却设备的要求而进行的改造项目。在设备方面, 将1#泵2#泵由工频MCC控制改造为变频加工频旁路的方式。
在自动化系统控制方面, 在原PLC的基础上, 利用ET-200M站剩余的I/O, 电气商在原控制程序的基础上, 编写新的控制程序以控制新添设备并与原程序良好连接, 同时添加相应的操作画面以便操作员的操作。
在电气设备方面, 增加两面变频柜。
1.2 主要设备参数
电机:型号:Y355M1-6;额定电压380VAC;额定电流:342A;额定功率:185KW;额定转速:982r/min。
变频器:明电舍VT230SE-200H, 配套输入电抗器、输出电抗器、滤波器、Profibus_DP适配器等。
1.3 系统配置
系统配置如图1。
PLC通过Profibus-DP对变频器进行控制, 上位机采用WINCC系统, PLC和上位机之间采用以太网通讯。
1.4 主回路单线图
主回路单线图如图2。
2#泵与1#泵的回路完全相同。
1.5 控制方式简单描述
本变频系统的控制方式分为:AUTO、M A N、L O C A L。
(1) AUTO控制模式。AUTO模式是最常采用的控制模式。操作员在WINCC界面上选择“A U T O”模式, 在变频器柜允许动作的前提下 (如主空开已经合上、变频器柜无故障等) , 操作员按动相应水泵的“起动”按钮, 则变频器即开始运行。操作员输入水压的设定值, 控制系统以泵出口管线的压力测量值为反馈进行闭环调节, 并将运算的结果通过Profibus总线送至变频器执行。
(2) MAN控制模式。MAN模式也是常用的控制模式。操作员在WINCC界面上选择“MAN”模式, 在变频器柜允许动作的前提下, 操作员按动相应水泵的“起动”按钮, 则变频器即开始运行。变频器的频率输出采用开环调节模式, 由操作员在画面上直接对变频器频率进行设置。
(3) LOCAL控制模式。LOCAL模式用于调试或检修时的操作。在机旁操作箱上的选择开关都位于“机旁操作”时, 在变频器柜允许动作的前提下, 操作员按动机旁操作箱的“起动”按钮, 则变频器即开始运行。变频器的频率输出固定值的方式, 该值可以在变频器的参数设定中调整。
另外, 在变频系统故障时, 本系统也支持工频系统的启动和停止。在二次回路中, 工频回路与变频回路进行联锁, 在控制程序中, 工频回路和变频回路也进行联锁。
工频回路的起动和停止无需PLC进行处理, 仅通过二次回路就可以实现, 其操作在机旁操作箱上完成。
1.6 程序实现
程序采用S T E P7进行编程, 语言为S T L。
(1) 变频器的起动与停止, 程序实现了不同操作地点对变频器的操作及设备间的相互连锁, 运算结果置入PQW并通过Profibus送至变频器。
(2) PID控制部分, 本段程序完成了水压的自动闭环控制, 同时支撑了手动控制的功能。鉴于水泵类负载在低频下无法进行有效工作, 程序对PID的输出进行了限幅处理。在PID块中添加了“死区”, 可以在保证控制精度的基础上使变频器的运行更加稳定。
(3) 无扰切换的处理, 本段程序实现了自动/手动之间的无扰切换, 手动/自动之间的无扰切换PID自己已经支持。
(4) 频率设定值的变换及传递, PID的输出值无法直接送至变频器, 首先应进行REAL/DWOED之间转换, 针对于明电社变频器来讲, 需要对频率给定字进行前后字节倒置, 置入PQW, 然后通过Profibus将该值送至变频器。
2 使用效果分析
2.1 节能方面
在改造之前, 这两台水泵常用工频接触器直接起动, 在正常工作时, 通常电流为320A左右, 改造之后通过变频控制, 在满足工艺要求压力的前提下, 通常输出频率为30Hz, 输出电压通常为230VAC, 输出电流为200A。两台水泵是一用一备, 正在使用的机子为不间断运行。改造前日耗电量约为5050kWh, 电力费用为2500元。改造后日耗电量约为1900kWh, 电力费用为950元, 日平均节电1550元。整个改造投资约为400000元, 这样就算在9个月左右仅节省的电费就可以收回整个改造投资。
2.2 机械设备损耗方面
在改造之前, 水泵的机械备件的磨损非常严重, 不仅给维护工人带来了繁多的工作量, 机械备件费用的损耗也是一个惊人的数字。在改造后使用一年多的情况来看, 水泵机械备件的损耗降低了三分之二以上。
2.3 工艺要求方面
在改造之前, 由于水压是不可控制的, 对线材冷却的效果不很理想, 甚至在个别轧制规格下已经严重的影响了轧钢生产的正常进行。在改造之后, 对于各种轧制规格的产品, 冷却系统都可以完全满足工艺生产的要求。
3 结语
系统投入运行的一年多来, 从运行效果来看, 被控的水压能够良好的跟随设定点, 系统的响应速度也能够完全满足工艺的要求, 同时节能效果也非常明显, 并大大延长了水泵自身的使用寿命。
摘要：本文简单介绍了变频器在轧钢水处理水泵电机的应用, 并对其节能原理和实现过程进行了分析。
关键词：变频,轧钢,水处理
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