變頻器在軋鋼水處理領域的應用

1：引言

　　在鋼鐵生產的過程中，各種資源和能源的消耗都非常大。為了能夠可持續的經濟發展，也為了降低產品的生產成本，鋼鐵企業必須尋求一種節能降耗的新路子。

　　隨著變頻器生產技術的日益成熟，其價格也逐漸降至用戶能夠接受的水平。在風機水泵類負載中，變頻器的應用可以明顯的起到節能目的，在較短時間內可以收回投資成本，因此在鋼鐵生產領域尤其風機水泵類的負載中，變頻器的應用也越來越廣泛。

2： 系統介紹

　　2.1工藝及改造方案簡介

　　在線材生產過程中，鋼坯經加熱爐及初中精軋之后，為了改善成品線材的材料性能，線材進入穿水冷卻工藝流程線。

　　為了保證各種品種的鋼材都能獲得最佳的冷卻效果，要求從泵站送出的高壓水具有在特定壓力范圍的連續可調的特性。

　　三鋼（集團）有限責任公司高速線材二廠穿水冷卻變頻穿水系統的改造，是在原生產系統的基礎上，為了更好地完成工藝對穿水冷卻設備的要求而進行的改造項目。在設備方面，將1#泵2#泵由工頻MCC控制改造為變頻加工頻旁路的方式。

　　在自動化系統控制方面，在原PLC的基礎上，利用ET-200M站剩余的I/O，電氣商在原控制程序的基礎上，編寫新的控制程序以控制新添設備并與原程序良好連接，同時添加相應的操作畫面以便操作員的操作。

　　在電氣設備方面，增加兩面變頻柜。

　　2.2主要設備參數

　　電機：型號:Y355M1-6;額定電壓380VAC; 額定電流:342A;額定功率:185KW;額定轉速:982r/min。

　　變頻器：明電舍VT230SE-200H,配套輸入電抗器、輸出電抗器、濾波器、Profibus_DP適配器等。

　　PLC：SIEMENS的S7 414-3DP

　　2.3 系統配置

　　系統配置如圖1

圖1：系統配置圖

　　PLC通過Profibus-DP對變頻器進行控制，上位機采用WINCC系統，PLC和上位機之間采用以太網通訊。

　　2.4 主回路單線圖

　　主回路單線圖如圖2：

　　2#泵與1#泵的回路完全相同。

圖2：主回路單線圖

　　2.5 控制方式簡單描述

　　本變頻系統的控制方式分為：AUTO、MAN、LOCAL。

　　首先介紹AUTO控制模式：

　　AUTO模式是最常采用的控制模式。

　　操作員在WINCC界面上選擇“AUTO”模式，在變頻器柜允許動作的前提下（如主空開已經合上、變頻器柜無故障等），操作員按動相應水泵的“起動”按鈕，則變頻器即開始運行。操作員輸入水壓的設定值，控制系統以泵出口管線的壓力測量值為反饋進行閉環調節，并將運算的結果通過Profibus總線送至變頻器執行。

　　MAN控制模式：

　　MAN模式也是常用的控制模式。

　　操作員在WINCC界面上選擇“MAN”模式，在變頻器柜允許動作的前提下，操作員按動相應水泵的“起動”按鈕，則變頻器即開始運行。變頻器的頻率輸出采用開環調節模式，由操作員在畫面上直接對變頻器頻率進行設置。

　　LOCAL控制模式：

　　LOCAL模式用于調試或檢修時的操作。

　　在機旁操作箱上的選擇開關都位于“機旁操作”時，在變頻器柜允許動作的前提下，操作員按動機旁操作箱的“起動”按鈕，則變頻器即開始運行。變頻器的頻率輸出固定值的方式，該值可以在變頻器的參數設定中調整。

　　另外，在變頻系統故障時，本系統也支持工頻系統的啟動和停止。在二次回路中，工頻回路與變頻回路進行聯鎖，在控制程序中，工頻回路和變頻回路也進行聯鎖。

　　工頻回路的起動和停止無需PLC進行處理，僅通過二次回路就可以實現，其操作在機旁操作箱上完成。

　　2.6 程序實現

　　程序采用STEP 7進行編程，語言為STL。

　　1：變頻器的起動與停止，程序實現了不同操作地點對變頻器的操作及設備間的相互連鎖，運算結果置入PQW并通過Profibus送至變頻器：

　　A（

　　A "1#SELECT LOCAL"

　　A "1#CONVERT START"

　　O

　　A "1#SELECT REMOTE"

　　A "1#CONVERT START（WINCC）"

　　）

　　A "1#KM1 STATUS"

　　A "1#KM2 STATUS"

　　AN "1#KM3 STATUS"

　　S "MIDDLE DATA 1"

　　A（

　　A "1#SELECT LOCAL"

　　AN "1#CONVERT STOP"

　　O

　　A "1#SELECT REMOTE"

　　A "1#CONVERT STOP（WINCC）"

　　O "1#CONVERT FAULT"

　　O "1#Q CONVERT FAULT"

　　ON "1#SELECT CONVERT"

　　）

　　R "MIDDLE DATA 1"

　　A "MIDDLE DATA 1"

　　= M 700.2

　　L MW 700

　　T PQW 800

　　2：PID控制部分，本段程序完成了水壓的自動閉環控制，同時支撐了手動控制的功能。鑒于水泵類負載在低頻下無法進行有效工作，程序對PID的輸出進行了限幅處理。在PID塊中添加了“死區”，可以在保證控制精度的基礎上使變頻器的運行更加穩定。

　　AN "1#AUTO PID"

　　= L 0.1

　　BLD 103

　　CALL "CONT_C" , "1#PID支撐DB"

　　COM_RST :=

　　MAN_ON :=L0.1

　　PVPER_ON:=

　　P_SEL :=

　　I_SEL :=

　　INT_HOLD:=

　　I_ITL_ON:=

　　D_SEL :=

　　CYCLE :=

　　SP_INT :="P-SETPOINT"

　　PV_IN :=DB33.DBD454

　　PV_PER :=

　　MAN :="1#MAN-OUT"

　　GAIN :=1.000000e-002

　　TI :=

　　TD :=

　　TM_LAG :=

　　DEADB_W :=3.000000e+001

　　LMN_HLM :=5.000000e+001

　　LMN_LLM :=1.500000e+001

　　PV_FAC :=

　　PV_OFF :=

　　LMN_FAC :=

　　LMN_OFF :=

　　I_ITLVAL:=

　　DISV :=

　　LMN :=MD520

　　LMN_PER :=

　　QLMN_HLM:=

　　QLMN_LLM:=

　　LMN_P :=

　　LMN_I :=

　　LMN_D :=

　　PV :=

　　ER :=

　　NOP 0

　　3：無擾切換的處理，本段程序實現了自動/手動之間的無擾切換，手動/自動之間的無擾切換PID自己已經支持。

　　A "1#AUTO PID"

　　JNB _002

　　L MD 520

　　T "1#MAN-OUT"

　　_002: NOP 0

　　4：頻率設定值的變換及傳遞，PID的輸出值無法直接送至變頻器，首先應進行REAL/DWOED之間轉換，針對于明電社變頻器來講，需要對頻率給定字進行前后字節倒置,置入PQW，然后通過Profibus將該值送至變頻器。

　　A（

　　A（

　　L MB 552

　　T MB 557

　　SET

　　SAVE

　　CLR

　　A BR

　　）

　　JNB _008

　　L MB 553

　　T MB 556

　　SET

　　SAVE

　　CLR

　　_008: A BR

　　）

　　JNB _009

　　L MW 556

　　T PQW 806

　　_009: NOP 0

3:使用效果分析

　　1：節能方面

　　在改造之前,這兩臺水泵常用工頻接觸器直接起動,在正常工作時,通常電流為320A左右,改造之后通過變頻控制，在滿足工藝要求壓力的前提下，通常輸出頻率為30HZ,輸出電壓通常為230VAC，輸出電流為200A。

　　兩臺水泵是一用一備，正在使用的機子為不間斷運行。

　　改造前日耗電量約為5050KWh,電力費用為2500元。改造后日耗電量約為1900 KWh,電力費用為950元，日平均節電1550元。

　　整個改造投資約為400000元，這樣就算在9個月左右僅節省的電費就可以收回整個改造投資。

　　2：機械設備損耗方面

　　在改造之前，水泵的機械備件的磨損非常嚴重，不僅給維護工人帶來了繁多的工作量，機械備件費用的損耗也是一個驚人的數字。

　　在改造后使用一年多的情況來看，水泵機械備件的損耗降低了三分之二以上。

　　3：工藝要求方面

　　在改造之前，由于水壓是不可控制的，對線材冷卻的效果不很理想，甚至在個別軋制規格下已經嚴重的影響了軋鋼生產的正常進行。

　　在改造之后，對于各種軋制規格的產品，冷卻系統都可以完全滿足工藝生產的要求。

4：結束語

　　系統投入運行的一年多來，從運行效果來看，被控的水壓能夠良好的跟隨設定點，系統的響應速度也能夠完全滿足工藝的要求，同時節能效果也非常明顯，并大大延長了水泵自身的使用壽命。