高压氨水泵PID恒压控制改造

刘国学（天津天铁冶金集团金牛天铁煤焦化有限公司，河北省涉县056404）

高压氨水泵PID恒压控制改造

刘国学（天津天铁冶金集团金牛天铁煤焦化有限公司，河北省涉县056404）

详细分析了高压氨水泵生产运行中存在的问题，阐述了PID恒压控制改造的具体方案设计及设备选型。改造方案实施后，有效地解决了原控制方式存在的问题，实现高压氨水的恒压控制，方便了设备的检修维护和日常操作，实现了系统节能和高效运行。

水泵控制网络恒压监控节能改造

1 前言

天铁集团焦化厂化产回收车间现有高压氨水泵DG25-50×7型4台,扬程为350 m，配用电机为Y250M-2/55 kW/50 Hz。高压氨水泵作为焦炉无烟装煤环保设备，主要在焦炉装煤时，采用高压氨水喷射手段，可以减少装煤时的烟尘逸散量，达到焦炉装煤过程中消烟去尘要求。

在实际生产过程中，受焦炉间断性生产特性影响,所需氨水压力较额定压力低，压力靠手动调节进出口阀门开度控制，造成阀门长期处于开度不足状态，截流损失大。设备运行中，需泵工与炼焦车间上升管操作工经常联系，操作极为不便，装煤时所需氨水压力在2.5 MPa以上即能满足生产环保要求，系统存在着巨大的节电潜能。

2 设备现状

系统利用1151型压力变送器，将上升管氨水压力信号经信号处理器送到变频器，实现上升管氨水压力—压力变送器—变频器—高压氨水泵的闭环自动调节。选用的PLC及A/D转换器为三菱公司FX2-32MR、FX-4AD产品，选用日本富士FRN55P9S-4J变频器。

系统控制设置为两频点控制方式，上限压力为3.2 MPa，下限压力为2.5 MPa。焦炉装煤时上升管高压氨水阀打开，管路泄压，当压力低于2.5 MPa时，通过信号处理后接通变频器设定的48 Hz频点，使电机高速运转，氨水压力增高。当焦炉停止装煤时，上升管高压氨水阀关闭，管道内压力增高，在压力升至3.2 MPa时，通过信号处理接通变频器设定的40 Hz频点，使电机在40 Hz低速运行，实现系统频率的自动切换，达到节能的目的。系统投运后，在一定程度上节约了电能，降低了能耗，延长了设备寿命。

3 存在的问题

随着公司技术装备技术水平的快速发展和节能环保的客观要求，系统存在问题日渐突出，主要表现在几个方面。

3.1 控制方式为阶跃式频点控制，电机速度不能平滑调节。

3.2 参数设定与调整困难，上下限需有一定的区间。压力设定不当，区间过大，当电机处于48 Hz运行时，压力达不到上限，当电机长期处于48 Hz运行，将失去变频作用。区间过小，则瞬间可达高限，将造成频率频繁切换，压力极不稳定，加大电机运行噪音，电机易发热，对电机运行不利。

3.3 在运行中控制参数不能修改，设备运行参数无法自动记录。

3.4 缺乏完善的设备故障报警、运行状态显示功能，完全依靠人工现场操作与定期巡检。

3.5 系统无网络传输功能，运行参数不能上传焦化厂局域网。

4 方案设计及设备选型

4.1 方案设计

4.1.1 采用连续控制

连续控制流程可解决原系统阶跃式控制所造成的电机转速不平滑问题，实现电机转速在一定范围内平滑调节。具体流程示意图见图1。

图1 系统控制流程示意图

4.1.2 结合现有技术装备水平及Modicon Concept与亚控组态王软件技术的应用，软件技术即可实现运行过程中的参数修改，设备运行监控、记录等问题。

4.1.3 PID控制具有原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性高等优点，采用PID控制方式实现氨水压力的恒压控制，解决了运行过程中压力不稳定的问题。

4.1.4 选取与现场网相兼容设备，利用网线、通讯适

配器等设备实现该功能，实现网络化管理。

4.2 主要功能实现

4.2.1 Modicon Concept软件是面向工厂自动化，基于Microsoft Windows的编程工具，使得对Modicon TSX Quantum、Momentum自动化控制系统的程序编写软件调试系统维护简单。全流程电气设备的连锁和控制可通过编程可在Concept控制层得以实现。

4.2.2 PID控制是比例积分微分控制的简称。

或改写为:Gc(s)=Kp（1+1/TIs+TDs）

式中：Kp、KI、KD——常数。

Kp称为PID控制器的比例系数；TI=KP/KI称为PID控制器的积分时间；TD=KD/KP称为PID控制器的微分时间。只要Kp、TI、TD配合得当就可以得到较好的控制效果。利用PID调节控制方式实现系统高压氨水压力的变频恒压控制，电机转速平滑可调。

4.2.3 监控组态软件是面向监控与数据采集软件的平台，上位机组态软件采用亚控科技组态王V6.5。上位机设在鼓风机操作室，对系统进行实时监控。可以有效解决人机对话和监控，运行实时和历史记录。

4.3 设备选型

4.3.1 PLC选型及组态

选用莫迪康Momentum系列控制设备，由基板、通讯适配器、控制器及可选通讯适配器通过组态构成完整的控制设备。具有高性能、智能化、可控性，能确保在恶劣工业环境下可靠工作，并具有MB+对等通讯网络接口，能和焦化厂Modicon TSX Quantum系列PLC控制设备兼容，具有数据通讯互锁、数据采集、程序上装/下载、在线调试与监控等功能。PLC硬件通过MB+网络，接入焦化现场控制网。控制软件采用Concept软件,上位监控软件采用亚控组态王软件。

PLC硬件组态:

4.3.2 网络计算机（上位机）

用鼓风机操作室的原研华工控机IPC-610P4-250做上位机，实现对系统运行进行监控。

4.3.3 变频器

依据现场设备运行条件，选用艾默生变频器EV2000-4T0075P。

针对现场工艺设备开二备二特点，采用1台变频器可选择驱动2台氨水泵中任意一台电机运行方式。

4.3.4 实施

（1）根据现场实际及过程控制需求，对设备进行选型组态，编制底层控制程序和上位机监控程序、经模拟调试后投用。

（2）在高压氨水电磁站安装1#2#变频器控制柜，在泵房安装现场操作柜，使系统具备就地操作和远程操作两种功能。

（3）利用MB+网络，通过网线将PLC同现场MB+网连接,用鼓风机监控机做上位机，PID调节由PLC系统完成。把控制程序下载给现场Momentum PLC,利用鼓风机原工控上位机实现对设备的运行监控。

4.3.5 参数设置

（1）目标值设定为2.60 MPa，压力偏差0.1 MPa。目标值可根据工艺条件在线修改。

（2）PID参数调整，采用工程整定的经验凑试法、衰减曲线法，在监视运行波形的同时，进行调整。将控制器参数放置在某一比例带，系统在纯比例作用下投运，稳定操作一段时间，再进行参数整定。逐步减小比例带。根据衰减比例带，按经验公式计算各参数值。将比例带放在较计算值大的数值上，然后把积分时间、微分时间按先后次序加入。最后将比例带至计算值上，观察运行，适当调整即可。

5 系统投运效果及效益

5.1 真正实现了上升管氨水压力与变频器氨水泵系统的闭环调节，克服了原系统控制反应慢、误差大、波动大等缺陷，使氨水压力保持恒定，电机在一定范围内实现了平滑调速。

5.2 设备运行安全经济可靠，设备控制实现就地和远程操作，设备运行方式更趋合理。由于电机长期处于低速运行且平稳可靠，设备磨损大幅降低，设备寿命相对提高，电机温升平均减少，现场噪音降低。彻底解决了原系统氨水压力超压、安全阀频繁泻压问题，改善了职工作业环境。

5.3 节能效果显著。电机实现了平滑运行，运行过程中比以前降低40%左右，系统节电年可达24.7万kWh，能耗显著降低。

5.4 微机控制，实现了网络信息化管理。监视、控制、调节、记录功能更趋完善。设备运行中氨水压力可根据生产状况任意设定，过程数据记录客观真实。

5.5 设备通过上位机操作和监控，节约了人力资源，实现了减员增效。

6 结束语

高压氨水泵变频PID恒压控制于2006年10月改造应用至今，成功实现了氨水压力的恒压自动调节，节约了电能，同时降低了职工劳动强度，延长了设备使用寿命，取得了显著的经济效益和运行成效。

（收稿2010－03－20责编崔建华）

Control and Modification of High Pressure Ammonia Pump PID Constant Pressure

Liu Guoxue

The paper analyzes in detail the problem in the running of high pressure ammonia pump and expounds the specific plan design and equipment selection for PID constant pressure control modification.Since the modification plan is executed,the problems in the old control method,such as unsmooth motor speed regulation,difficult parameter setting and adjustment and no network transmission function in the system,are effectively solved.Constant pressure control over high pressure ammonia is realized.Equipment maintenance and routine operation become more convenient,and energy saving and high efficiency are achieved.

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刘国学，工程师，1992年毕业于天津大学机电分校电器自动化系。2008年又在天津理工大学获电器自动化系学士学位，现在焦化公司设备材料处从事电器自动化技术工作。