冶金企业生产恒压供水系统的设计与应用

杨书华，侯晓静

（天津冶金职业技术学院电气工程系，天津 300400）

冶金企业生产恒压供水系统的设计与应用

杨书华，侯晓静

（天津冶金职业技术学院电气工程系，天津 300400）

为了节能降耗，采用恒定压力供水的方法，设计了冶金企业生产恒压供水系统。介绍了该系统的主电路、PLC的I/O口、变频器、主程序框图的设计方法。经实际运行，该系统操作方便，稳定性高、抗电磁扰动能力强，具有节能效果，提高了经济效益。

恒定压力；供水；系统；变频器；设计

1 引言

冶金企业生产过程需要供水，恒定压力供水可满足生产需要，也可节省能源，具有明显的经济效益和社会效益。以前采用调节阀门恒定压力供水的方法，采用调节泵转速恒定压力供水的方法改造老系统，节能降耗更加显著。

2 工艺对控制的要求

系统在常态期间，工作在恒定压力供水方式下，在此期间系统维护方式无效。PLC依据给定值自动调整变频器的输出频率，精确跟随与给定值对应的供水压力。生产用水量大时，扬程减小，供水量减少，供水压力降低，1#电动机输入交流电的频率提高，供水压力上升。当变频器的输出频率提高到最大值时，供水压力还小于给定的压力时，要求1#电动机自动转换到工频状态下，此时2#电动机起动，2#电动机工作在变频状态，两台泵同时工作。生产用水量小时，扬程增大，供水量增多，供水压力上升，2#电动机退出变频状态，1#电动机由工频状态自动转换到变频状态，系统自动调节变频器的输出频率，最终系统要稳定在给定的供水压力。当恒定压力供水方式发生故障或系统定期维护期间，工作在系统维护方式下。根据生产现场具体情况，可选择1#电动机或2#电动机工作在工频状态[1]。

根据上述要求，采用S 7-200PLC作为控制器，变频器使用MM440。使用PLC的比例、积分、微分控制功能。供水压力传感器从供水管网中检测并回馈压力信号，滤波放大电路将压力信号放大后回馈给PLC的模拟量输入端，压力信号与给定的供水压力信号叠加形成压力偏差信号，PLC根据设计的比例、积分、微分程序调节其输出端的模拟信号，PLC的模拟输出信号输出给M M440的模拟电压输入，调节MM440的输出频率。图1为系统框图。

3 主电路及PLCI/O口设计

在PLC控制下，采用一台MM440控制两台电动机，1#电动机和2#电动机能够在工频和变频状态下进行转换，图2为主电路图。

图1 系统框图

图2 主电路图

图3 S7－200I/O口接线图

图3是PLCI/O口电路图。S B0控制系统的起动。K1闭合时，KM1闭合，系统在恒定压力供水方式下工作。变频器的输出频率达到最大值时，I0.5为高电平，1#电动机和泵转换到工频状态下，2#电动机和泵变频起动[2]。变频器的输出频率达到最小值时，I0.6为高电平，2#电动机和泵停车，1#电动机和泵由工频转换到变频状态下。K2闭合时，KM1释放，系统在系统维护方式下工作，可根据现场情况闭合K3或K4，选择1#电动机和泵或2#电动机和泵工频运行。

变频器输出频率最大值一般设定在50Hz，最小值一般设定在30Hz。

4 程序框图设计

图4为程序框图。闭合断路器Q，再闭合SB0，PLC程序初始化。系统依据应用程序自动跟随给定的供水压力信号。

图4 程序框图

生产用水量大时，变频器的输出频率已经达到最大值，而供水压力还没有达到给定的供水压力时，MM440输出高电平到I0.5。PLC输出Q0.1为低电平、Q0.2为高电平，KM2释放，KM3闭合，1#电动机和泵由变频转换到工频状态。变频器暂停，PLC定时器定时3s，变频器的输出频率由最大值逐渐下降，3s后PLC输出Q0.3为高电平，2#电动机和泵变频起动。设计转换时间3s，可使变频器的输出频率下降，可使2#电动机和泵软启动，减小电动机启动电流[3]。

生产用水量小时，变频器的输出频率下降到最小值，实际供水压力大于给定的供水压力，MM440输出高电平到I0.6。此时，PLC输出Q0.3为低电平，KM4释放，2#电动机和泵退出变频状态并停车。与此同时PLC输出Q0.1为高电平、Q0.2高电平，KM2闭合，KM3释放，1#电动机和泵由工频转换到变频状态。供水过程中，电动机和泵的转速过低、会出现水泵“空转”的现象，即水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程），变频器的输出频率最小值设计在30H z，可解决此问题。

5 使用效果

系统改造后运行半年，与改造前同期比较，节水指标提高了10%，耗电降低了25.6%，故障率降低了24%，维护费用减少了31%。上述结果证明，采用调节泵转速恒定压力供水系统在技术上和经济效益上都是可行的。

6 结束语

系统采用PLC作为控制器，具有稳定性高、抗电磁扰动能力强、制造成本低、修理容易、系统柔性强、操作方便等诸多优点。供水系统中，控制供水流量可采用调节阀门的方法或调节泵转速的方法，采用调节泵转速的方法节能效果、经济效益明显。

[1]齐卫红.过程控制系统[M].2版.北京：电子工业出版社，2011:204-207.

[2]刘沂.电气控制技术[M].2版.大连：大连理工大学出版社，2008:2 8 6-2 8 8.

[3]姜树杰.传感器应用技术[M].2版.天津：天津大学出版社，2013:50-5 4.

Design and Application of Constant Pressure Water Supply System for Production in Metallurgy Enterprise

YANG Shu-hua and HOU Xiao-jing

(Electrical Engineering Department,Tianjin Metallurgy Professional Technology Institute,Tianjin 300400,China)

In order to save energy and reduce consumption,constant pressure water supply method is adopted to design water supply system for production in metallurgy enterprise.This paper explains the design approach of main circuit,I/O ports of PLC,frequency converter and main program architecture of the said system.Practical run shows the system,easy to operate,with high stability and strong electromagnetic interference resistance,results in good energy conservation effect and improves economic benefit.

constant pressure;water supply;system;frequency converter;design

2013-01-05

2013-02-03

杨书华（1965—），女，天津人，副教授，主要从事电气自动化方面的研究工作，E-mail：dianqiyangshuhua@1 2 6.com。

（编辑 潘娜）