1、問題的提出

    原帶鋼水處理系統主要是由1D、2D、3D三臺水泵電機中任意兩臺從吸水井中抽水，通過磁分離器過濾進入1#水井，然后由15D或16D水泵電機從1#井中抽水供精軋機組冷卻用水，17D或18D水泵電機從1#水井中抽水向粗軋機組和卷取區域供水，水對設備冷卻后流入地溝，順地下管路自動流回沉淀池。正常生產時，通過調節V101、V103閥門調節水量，多余的水流入沉淀池中，生產不連續時，通過V102閥門水流回池中。（如圖1所示）1D、2D、3D功率為135kW，15D、16D、17D、18D功率為260kW，起動方式為直接起動，這種大功率電機帶負荷起動，對電網電壓影響非常大，降低電機壽命，所以使電機不能頻繁起動，只有在長時間停軋時才能停電機，致使在短時間內停軋只能使水走旁路，造成資源浪費。因此帶鋼車間水處理系統必須進行改造。

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 圖1：帶鋼水處理供水系統圖

    2、解決方案

    2.1總體思路

    改造后本系統共包括1D、2D、3D、15/16D、17/18D5套變頻調速裝置及S7-300型PLC一臺，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，該系統全部采用自動、手動與三段速度三種控制方式。

2.2PLC在系統中的應用

    2.2.1本系統所有開關量信號全部輸入PLC，通過邏輯運算生成輸出信號，模擬量信號由外部調節器和變頻器本身生成，其信號不進入PLC。其主要實現以下功能：

    1）利用PLC選擇自動/手動頻率調節。利用外部調節器生成的4—20mA信號和操作箱上帶刻度的單圈可調電位器實現變頻器從0—50Hz的全范圍自動/手動調節。

    2）三段速度調節。利用操作箱上三位式轉換開關來選擇變頻器裝置實行爬行、低速、高速的三段固定速度運行。

    軟件編程方面運用了結構化程序設計思路，將相對獨立、集中的控制放到一個程序功能或功能塊中。程序中，只是滿足各種條件下的功能及功能塊的調用，使得程序的可讀性強。程序中采用了一定的過程數據，使得程序的修改簡單，即程序中定義了過程數據，將所有經常使用的I/O點傳輸給過程數據。

    2.2.21D、2D、3D與15/16D、17/18D聯動運行

    為了保證系統投運時1#井的供水和排水兩套裝置能夠相互連鎖，在操作箱上設有單動/聯動轉換開關。單動時每臺變頻器獨立運行互不影響，聯動時若需運行15/16D和17/18D必須先運行1D、2D、3D變頻裝置，并且1#井水位要高于較低報警點的設定設定水位。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。聯動時若要同時停止15/16D和17/18D，如果1#井水位處于較高水位，則停止操作無效，直至水池低于高水位時停止操作才有效。為了保證15/16D和17/18D運行發生變化時，1D、2D、3D的自動調節能及時跟上，在變頻器參數設定時，1D、2D、3D的升降速時間要比15/16D和17/18D短。
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    1D、2D、3D與15/16D和17/18D變頻器運行實行現場操作與機旁操作箱兩地控制，運行前先在PLC柜上選擇操作位置，再在所選擇的操作位置啟動變頻器，變頻啟動運行后自動實現操作位置選擇自鎖，此時可以任意轉換操作位置而不影響變頻運行。不論操作位置選在何處，兩地操作的停止按鈕始終有效。變頻啟動條件必須滿足主回路合閘，變頻器無故障等條件。當外部故障時變頻器主回路立即切斷，變頻輸出相應立即停止。

    2.3自動信號的生成

    1D、2D、3D采用超聲波液位計檢測1#水池液位，通過壓力變送器產生4-20mA信號輸入外部調節器，由其計算生成自動調節信號給變頻器，實現液位自動調節。15/16D、17/18D從原軋線流量測量裝置取4—20mA流量信號，利用外部調節器計算后給變頻器實現流量自動調節。

    1#井水位采用超聲波液位計檢測，產生4—20mA信號給外部調節器，由于調節器只能接受0-5V信號，所以在儀表信號輸入端口并聯250Ω標準電阻，使其信號符合儀表要求。在調節器內部設置一標準水位值，同輸入信號進行比較，計算其差值經過PID調節器處理后成反比例輸出4—20mA信號作為變頻器自動給定信號。由于1D、2D、3D都需要監測1#井水位作自動信號，所以我們選用了KD-4000信號隔離器，把輸出信號由一路擴展為三路，達到了系統要求。15/16D和17/18D信號處理與1#井水位信號處理方式相同，只是減少了輸出信號的隔離擴展。

3、技術創新點

    S7-300系列PLC以及安邦信變頻器在水處理控制系統中得到了成熟的應用。利用所設計的閉環控制系統，對電機轉速進行控制，提高了供水系統動態響應能力，實現流量的自動控制，同時減少了冷卻水和電能的損耗。

    4、實施效果

    帶鋼水處理系統自動控制改造完成投入使用以來，運行效果良好，維護簡便，節能效果顯著，正常工作時，只需2/3的功率即可滿足軋線用水量，年可節約電能135萬千瓦時，電機轉速降低平均30%以上，對于降低水泵機械設備壽命起到了積極的作用，各項指標及控制功能均達到了設計預期目標，實現了水處理全過程自動控制。
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