摘 要：本文簡單介紹了變頻器在軋鋼水處理水泵電機的應用，并對其節(jié)能原理和實現過程進行了分析。

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(xù)的經濟發(fā)展，也為了降低產品的生產成本，鋼鐵企業(yè)必須尋求一種節(jié)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(jié)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(tǒng)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(xù)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(tǒng)的改造，是在原生產系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)配置

系統(tǒng)配置如圖1

圖1：系統(tǒng)配置圖

PLC通過Profibus-DP對變頻器進行控制，上位機采用WINCC系統(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)以泵出口管線的壓力測量值為反饋進行閉環(huán)調節(jié)，并將運算的結果通過Profibus總線送至變頻器執(zhí)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(huán)調節(jié)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(tǒng)故障時，本系統(tǒng)也支持工頻系統(tǒng)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(huán)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(qū)”，可以在保證控制精度的基礎上使變頻器的運行更加穩(wěn)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(guī)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(guī)格的產品，冷卻系統(tǒng)都可以完全滿足工藝生產的要求。

4：結束語

系統(tǒng)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(tǒng)的響應速度也能夠完全滿足工藝的要求，同時節(jié)能效果也非常明顯，并大大延長了水泵自身的使用壽命。