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　　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。

　　1：引言

　　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。

　　2： 系统介绍

　　2.1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。

　　2.2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。

　　PLC：SIEMENS的S7 414-3DP

　　2.3 系统配置

　　系统配置如图1

图1：系统配置图

　　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。

　　2.4 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。

图2：主回路单线图

　　2.5 控制方式简单描述

　　本变频系统的控制方式分为：AUTO、MAN、LOCAL。

　　首先介绍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“AUTO”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。

　　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。

　　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。

　　2.6 程序实现

　　程序采用STEP 7进行编程，语言为STL。

　　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：

　　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。

　　AN "1#AUTO PID"

　　= L 0.1

　　BLD 103

　　CALL "CONT_C" , "1#PID支撑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：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。

　　A "1#AUTO PID"

　　JNB _002

　　L MD 520

　　T "1#MAN-OUT"

　　_002: NOP 0

　　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。

　　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：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1900 KWh,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：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。

　　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。

　　4：结束语

　　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。