1、問(wèn)題的提出
原帶鋼水處理系統(tǒng)主要是由1D、2D、3D三臺(tái)水泵電機(jī)中任意兩臺(tái)從吸水井中抽水，通過(guò)磁分離器過(guò)濾進(jìn)入1#水井，然后由15D或16D水泵電機(jī)從1#井中抽水供精軋機(jī)組冷卻用水，17D或18D水泵電機(jī)從1#水井中抽水向粗軋機(jī)組和卷取區(qū)域供水，水對(duì)設(shè)備冷卻后流入地溝，順地下管路自動(dòng)流回沉淀池。正常生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)V101、V103閥門(mén)調(diào)節(jié)水量，多余的水流入沉淀池中，生產(chǎn)不連續(xù)時(shí)，通過(guò)V102閥門(mén)水流回池中。（如圖1所示）1D、2D、3D功率為135kW，15D、16D、17D、18D功率為260kW，起動(dòng)方式為直接起動(dòng)，這種大功率電機(jī)帶負(fù)荷起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)電壓影響非常大，降低電機(jī)壽命，所以使電機(jī)不能頻繁起動(dòng)，只有在長(zhǎng)時(shí)間停軋時(shí)才能停電機(jī)，致使在短時(shí)間內(nèi)停軋只能使水走旁路，造成資源浪費(fèi)。因此帶鋼車(chē)間水處理系統(tǒng)必須進(jìn)行改造。
圖1：帶鋼水處理供水系統(tǒng)圖
2、解決方案
2.1總體思路
改造后本系統(tǒng)共包括1D、2D、3D、15/16D、17/18D5套變頻調(diào)速裝置及S7-300型PLC一臺(tái)，其中1D采用安邦信G9-160T3變頻器，2D、3D、15/16D和17/18D采用安邦信G9-280T3變頻器，如圖2所示，該系統(tǒng)全部采用自動(dòng)、手動(dòng)與三段速度三種控制方式2.2PLC在系統(tǒng)中的應(yīng)用
圖2：水處理電氣控制圖
2.2.1本系統(tǒng)所有開(kāi)關(guān)量信號(hào)全部輸入PLC，通過(guò)邏輯運(yùn)算生成輸出信號(hào)，模擬量信號(hào)由外部調(diào)節(jié)器和變頻器本身生成，其信號(hào)不進(jìn)入PLC。其主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
1）利用PLC選擇自動(dòng)/手動(dòng)頻率調(diào)節(jié)。利用外部調(diào)節(jié)器生成的4—20mA信號(hào)和操作箱上帶刻度的單圈可調(diào)電位器實(shí)現(xiàn)變頻器從0—50Hz的全范圍自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)。
2）三段速度調(diào)節(jié)。利用操作箱上三位式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)選擇變頻器裝置實(shí)行爬行、低速、高速的三段固定速度運(yùn)行。
軟件編程方面運(yùn)用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思路，將相對(duì)獨(dú)立、集中的控制放到一個(gè)程序功能或功能塊中。程序中，只是滿(mǎn)足各種條件下的功能及功能塊的調(diào)用，使得程序的可讀性強(qiáng)。程序中采用了一定的過(guò)程數(shù)據(jù)，使得程序的修改簡(jiǎn)單，即程序中定義了過(guò)程數(shù)據(jù)，將所有經(jīng)常使用的I/O點(diǎn)傳輸給過(guò)程數(shù)據(jù)。
2.2.21D、2D、3D與15/16D、17/18D聯(lián)動(dòng)運(yùn)行
為了保證系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)1#井的供水和排水兩套裝置能夠相互連鎖，在操作箱上設(shè)有單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。單動(dòng)時(shí)每臺(tái)變頻器獨(dú)立運(yùn)行互不影響，聯(lián)動(dòng)時(shí)若需運(yùn)行15/16D和17/18D必須先運(yùn)行1D、2D、3D變頻裝置，并且1#井水位要高于較低報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定設(shè)定水位。若要停止1D、2D、3D變頻器，15/16D和17/18D變頻器必須處于停止位置。聯(lián)動(dòng)時(shí)若要同時(shí)停止15/16D和17/18D，如果1#井水位處于較高水位，則停止操作無(wú)效，直至水池低于高水位時(shí)停止操作才有效。為了保證15/16D和17/18D運(yùn)行發(fā)生變化時(shí)，1D、2D、3D的自動(dòng)調(diào)節(jié)能及時(shí)跟上，在變頻器參數(shù)設(shè)定時(shí)，1D、2D、3D的升降速時(shí)間要比15/16D和17/18D短。
1D、2D、3D與15/16D和17/18D變頻器運(yùn)行實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)操作與機(jī)旁操作箱兩地控制，運(yùn)行前先在PLC柜上選擇操作位置，再在所選擇的操作位置啟動(dòng)變頻器，變頻啟動(dòng)運(yùn)行后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)操作位置選擇自鎖，此時(shí)可以任意轉(zhuǎn)換操作位置而不影響變頻運(yùn)行。不論操作位置選在何處，兩地操作的停止按鈕始終有效。變頻啟動(dòng)條件必須滿(mǎn)足主回路合閘，變頻器無(wú)故障等條件。當(dāng)外部故障時(shí)變頻器主回路立即切斷，變頻輸出相應(yīng)立即停止。
2.3自動(dòng)信號(hào)的生成
1D、2D、3D采用超聲波液位計(jì)檢測(cè)1#水池液位，通過(guò)壓力變送器產(chǎn)生4-20mA信號(hào)輸入外部調(diào)節(jié)器，由其計(jì)算生成自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)給變頻器，實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)調(diào)節(jié)。15/16D、17/18D從原軋線(xiàn)流量測(cè)量裝置取4—20mA流量信號(hào)，利用外部調(diào)節(jié)器計(jì)算后給變頻器實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)調(diào)節(jié)。
1#井水位采用超聲波液位計(jì)檢測(cè)，產(chǎn)生4—20mA信號(hào)給外部調(diào)節(jié)器，由于調(diào)節(jié)器只能接受0-5V信號(hào)，所以在儀表信號(hào)輸入端口并聯(lián)250Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，使其信號(hào)符合儀表要求。在調(diào)節(jié)器內(nèi)部設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)水位值，同輸入信號(hào)進(jìn)行比較，計(jì)算其差值經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器處理后成反比例輸出4—20mA信號(hào)作為變頻器自動(dòng)給定信號(hào)。由于1D、2D、3D都需要監(jiān)測(cè)1#井水位作自動(dòng)信號(hào)，所以我們選用了KD-4000信號(hào)隔離器，把輸出信號(hào)由一路擴(kuò)展為三路，達(dá)到了系統(tǒng)要求。15/16D和17/18D信號(hào)處理與1#井水位信號(hào)處理方式相同，只是減少了輸出信號(hào)的隔離擴(kuò)展。
3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
S7-300系列PLC以及安邦信變頻器在水處理控制系統(tǒng)中得到了成熟的應(yīng)用。利用所設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，提高了供水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)流量的自動(dòng)控制，同時(shí)減少了冷卻水和電能的損耗。
4、實(shí)施效果
帶鋼水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制改造完成投入使用以來(lái)，運(yùn)行效果良好，維護(hù)簡(jiǎn)便，節(jié)能效果顯著，正常工作時(shí)，只需2/3的功率即可滿(mǎn)足軋線(xiàn)用水量，年可節(jié)約電能135萬(wàn)千瓦時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低平均30%以上，對(duì)于降低水泵機(jī)械設(shè)備壽命起到了積極的作用，各項(xiàng)指標(biāo)及控制功能均達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了水處理全過(guò)程自動(dòng)控制。
5、結(jié)論
帶鋼冷卻水閉環(huán)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提高了軋線(xiàn)供水質(zhì)量，提高了軋輥冷卻了能力，減小了軋輥消耗；降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。開(kāi)發(fā)了PLC、變頻器、自動(dòng)配水等自動(dòng)控制功能，使整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、可靠、易于維護(hù)，為帶鋼的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
