Altivar38變頻器在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用
引言
變頻節(jié)能技術(shù)原理：一般電氣拖動設(shè)備設(shè)計上考慮有短時過載運行的情況，在電動機的功率配置上往往要大于負(fù)載最大功率的l0%左右，甚至更大一些。
1 問題的提出
軋鋼區(qū)水處理中心是新余鋼鐵有限責(zé)任公司二期技改的一部分，主要負(fù)責(zé)處理并供給中厚板廠和線材，一所需的濁環(huán)水和凈環(huán)水。中厚板廠濁環(huán)水系統(tǒng)是24 h不間斷運行供水，運行以來，由于經(jīng)常換輥以及生產(chǎn)工藝要求的不同，造成用水量不穩(wěn)定，導(dǎo)致冷水池水位時高時低，運行不穩(wěn)定、不安全且常溢流造成資源浪費、環(huán)境污染。為此，須通過頻繁操作回流閥及開、停泵來調(diào)整水池水位。經(jīng)統(tǒng)計，2006年6～8月，平均每天調(diào)整回流至少18次，啟停泵至少3次。泵機頻繁工頻啟動縮短了電動機的使用壽命，工頻啟動時的電流沖擊，管網(wǎng)壓力沖擊，瞬停時的水錘效應(yīng)造成設(shè)備故障率高，檢修頻繁，維修成本增高。電動機工頻運行所消耗的電能很大一部分被用于系統(tǒng)打回流，做無用功，電耗增多。原系統(tǒng)為一開環(huán)系統(tǒng)，只起到機泵開車、停車作用，不能自動調(diào)節(jié)。操作人員監(jiān)控難度大，需時時監(jiān)控，稍不注意就會影響水位調(diào)整。另外，水位波動大，液位計選型不當(dāng)，電腦顯示不能如實地反映現(xiàn)場情況，操作人員必須經(jīng)常到現(xiàn)場查看，既不能及時準(zhǔn)確地提供調(diào)整數(shù)據(jù)，使得調(diào)整滯后，又增加了工作量。
2 系統(tǒng)改造方案的設(shè)計及確定
2.1 選型
現(xiàn)運行方式為除油泵房1號～4號泵供中厚板濁環(huán)冷水池用水，根據(jù)生產(chǎn)需要，決定增加1臺變頻裝置實行變頻改造，采用“一拖二”形式，即1套變頻裝置能夠互換拖動2臺水泵電動機，用于除油泵房3號和4號泵電動機，這樣1臺變頻運行，另1臺備用，機組檢修不影響變頻系統(tǒng)的工作。所選電動機型號均為Y2—3l5M一4(380 V 132 kW 240 A)，變頻裝置選用施耐德Telemecanique公司的Altivar38節(jié)能型變頻器，功率132 kW。它符合IEC、UL和CSA等標(biāo)準(zhǔn)，具有調(diào)速范圍寬，加減速制動性能好自適應(yīng)調(diào)整和節(jié)能以及電源過壓、電動機缺相、電動機過熱、變頻器過熱等保護功能。
變頻調(diào)速器(簡稱VVVF)給定有多種方式，在這里采用變頻器面板PI給定和液位計檢測的電流反饋，通過對內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置形成PID調(diào)節(jié)的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。
2.2 控制回路
2臺水泵電動機的原控制回路均保留作為新控制系統(tǒng)的工頻旁路，由變頻柜上的工頻/變頻選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)確定。2臺水泵電機工變頻之間以及相互變頻之間都有電氣連鎖，避免誤操作。電氣控制回路線路見圖1。
由于原工頻主回路采用了長沙奧托型號為QB4200的交流電動機軟啟動器，為了保證改造后不影響工頻的順利啟動，必須將變頻器電動機主回路輸出接線端接自軟起動器的輸出端，見圖2。
2.4 操作方式
本系統(tǒng)的操作可實現(xiàn)變頻面板/主控室/現(xiàn)場三地控制，三者都可控制水泵電機的啟動與停止。變頻面板控制還可實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)、參數(shù)設(shè)定及系統(tǒng)運行情況的LED顯示，主要方便調(diào)試。主控室控制即為PLC遠(yuǎn)程控制，正常情況下的操作方式，方便操作人員控制?，F(xiàn)場控制是在電機旁設(shè)有一個操作箱，主要方便工作人員就地觀察水泵及電機檢修后的重啟，以及在事故情況下的停機。
2.5 監(jiān)控系統(tǒng)
原工頻已采用PLC控制，選用Siemens的S7—300型PLC及梯形圖可視化編程語言的STEP7專用軟件，處理來自電控柜及現(xiàn)場操作箱的接觸器、軟啟動器，選擇開關(guān)等電氣元器件的大量開關(guān)量信號，現(xiàn)場各儀表變送器采集的電機電流、水池水位高度等4～20 mA的電流信號。然后計算判斷對執(zhí)行器件進行控制，上位機通過Pe Adaptm’(MPI)與PI C連接互通信息，對現(xiàn)場各設(shè)備進行監(jiān)控。WinCC(視窗控制中心)是Siemens公司推出的上位機控制系統(tǒng)軟件，采用WinCC6.0組態(tài)軟件編寫上位機的監(jiān)控畫面，建立監(jiān)控畫面的PLC內(nèi)存數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)庫的連接，從而使系統(tǒng)的管理和維護非常方便。增加變頻裝置后，原PLC系統(tǒng)和監(jiān)控畫面基本不變，但在此基礎(chǔ)上加以完善。增加了工頻/變頻轉(zhuǎn)換選擇的開關(guān)量輸入，一則在對話框中顯示工作方式狀態(tài)，二則增加軟接點在通過程序的稍加修改，以其輸出來控制微型繼電器，利用微型繼電器的輔助電接點增加工變頻的電氣互鎖，確?？煽啃浴?/p>
2.6 水位模擬量采集
原中厚板濁環(huán)冷水池水位4～20mA的模擬電流信號采集，是通過安裝在水池頂部的超聲波液位計檢測經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換而得。由于水池水位波動太大，濁環(huán)水溫使得水池內(nèi)水汽較大，濁環(huán)水水質(zhì)存在一定的腐蝕性，原液位計使用效果不佳，在此次變頻改造中解決這一問題迫在眉睫。經(jīng)多方考慮，選用上海康創(chuàng)公司生產(chǎn)的型號為UQC一50，量程為5 m且防腐能力強的磁浮子液位計。其基本原理是磁耦合及阿基米德浮力定理，當(dāng)水池內(nèi)液位升降時，其主導(dǎo)管內(nèi)磁性浮子也隨之升降，通過磁耦合驅(qū)動指示器內(nèi)磁珠翻轉(zhuǎn)，同時磁浮子也帶動LB捆綁式液位變送器和MCU一1/CK一1液位控制器工作。通過實踐證明磁浮子液位計使用效果好，很適合中厚板濁環(huán)冷水池的工況環(huán)境，并且增加了水池現(xiàn)場顯示。另外，為減少電磁干擾對該信號的影響，采用ZRK—VVRP 2X1.5阻燃屏蔽信號電纜，并在PLC模擬量輸人板AI板前增加了1個一分二隔離器，一路給電腦顯示用，一路提供給變頻器反饋信號用。
3 變頻改造效果
1)節(jié)約電費。變頻改造后，電動機運行電流約為14OA，頻率為40Hz左右，運行穩(wěn)定，波動很小;改造前電動機運行電流為240 A，頻率為50 Hz，兩相比較，每年可節(jié)約電費38萬元左右。
2)降低設(shè)備維修費。變頻改造后，由原平均每天調(diào)整回流18次，降為現(xiàn)在每天開回流2次;原平均每天啟停泵3次，降為現(xiàn)在每月1次。變頻啟停過程中對電動機、水泵、電網(wǎng)、電氣元件的沖擊降至最低，每年因設(shè)備故障率的大幅度下降而節(jié)省的維修費約1萬余元。
3)社會效益。變頻改造后使得中厚板濁環(huán)冷水池水位已穩(wěn)定，確保了供水，既做到了少補水，提高濁環(huán)水循環(huán)率，又、避免了水資源的浪費，而且不外排，保護了環(huán)境。
4 結(jié)語
變頻泵投用至今，運行良好，性能穩(wěn)定，節(jié)能效果非常明顯，不但經(jīng)濟效益顯著，而且社會效益良好。
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