Altivar38变频器在水处理系统中的应用

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引言
　　变频节能技术原理：一般电气拖动设备设计上考虑有短时过载运行的情况，在电动机的功率配置上往往要大于负载最大功率的l0%左右，甚至更大一些。

　　1 问题的提出
　　轧钢区水处理中心是新余钢铁有限责任公司二期技改的一部分，主要负责处理并供给中厚板厂和线材，一所需的浊环水和净环水。中厚板厂浊环水系统是24 h不间断运行供水，运行以来，由于经常换辊以及生产工艺要求的不同，造成用水量不稳定，导致冷水池水位时高时低，运行不稳定、不安全且常溢流造成资源浪费、环境污染。为此，须通过频繁操作回流阀及开、停泵来调整水池水位。经统计，2006年6～8月，平均每天调整回流至少18次，启停泵至少3次。泵机频繁工频启动缩短了电动机的使用寿命，工频启动时的电流冲击，管网压力冲击，瞬停时的水锤效应造成设备故障率高，检修频繁，维修成本增高。电动机工频运行所消耗的电能很大一部分被用于系统打回流，做无用功，电耗增多。原系统为一开环系统，只起到机泵开车、停车作用，不能自动调节。操作人员监控难度大，需时时监控，稍不注意就会影响水位调整。另外，水位波动大，液位计选型不当，电脑显示不能如实地反映现场情况，操作人员必须经常到现场查看，既不能及时准确地提供调整数据，使得调整滞后，又增加了工作量。
　　2 系统改造方案的设计及确定
　　2.1 选型
　　现运行方式为除油泵房1号～4号泵供中厚板浊环冷水池用水，根据生产需要，决定增加1台变频装置实行变频改造，采用“一拖二”形式，即1套变频装置能够互换拖动2台水泵电动机，用于除油泵房3号和4号泵电动机，这样1台变频运行，另1台备用，机组检修不影响变频系统的工作。所选电动机型号均为Y2—3l5M一4(380 V 132 kW 240 A)，变频装置选用施耐德Telemecanique公司的Altivar38节能型变频器，功率132 kW。它符合IEC、UL和CSA等标准，具有调速范围宽，加减速制动性能好自适应调整和节能以及电源过压、电动机缺相、电动机过热、变频器过热等保护功能。
　　变频调速器(简称VVVF)给定有多种方式，在这里采用变频器面板PI给定和液位计检测的电流反馈，通过对内部参数的设置形成PID调节的闭环自动控制系统。
　　2.2 控制回路
　　2台水泵电动机的原控制回路均保留作为新控制系统的工频旁路，由变频柜上的工频/变频选择转换开关确定。2台水泵电机工变频之间以及相互变频之间都有电气连锁，避免误操作。电气控制回路线路见图1。
　　



                          
                       
                          
                                2.3 主回路

　　由于原工频主回路采用了长沙奥托型号为QB4200的交流电动机软启动器，为了保证改造后不影响工频的顺利启动，必须将变频器电动机主回路输出接线端接自软起动器的输出端，见图2。
　　




　　2.4 操作方式
　　本系统的操作可实现变频面板/主控室/现场三地控制，三者都可控制水泵电机的启动与停止。变频面板控制还可实现速度调节、参数设定及系统运行情况的LED显示，主要方便调试。主控室控制即为PLC远程控制，正常情况下的操作方式，方便操作人员控制。现场控制是在电机旁设有一个操作箱，主要方便工作人员就地观察水泵及电机检修后的重启，以及在事故情况下的停机。
　　2.5 监控系统
　　原工频已采用PLC控制，选用Siemens的S7—300型PLC及梯形图可视化编程语言的STEP7专用软件，处理来自电控柜及现场操作箱的接触器、软启动器，选择开关等电气元器件的大量开关量信号，现场各仪表变送器采集的电机电流、水池水位高度等4～20 mA的电流信号。然后计算判断对执行器件进行控制，上位机通过Pe Adaptm’(MPI)与PI C连接互通信息，对现场各设备进行监控。WinCC(视窗控制中心)是Siemens公司推出的上位机控制系统软件，采用WinCC6.0组态软件编写上位机的监控画面，建立监控画面的PLC内存数据与实时数据库的连接，从而使系统的管理和维护非常方便。增加变频装置后，原PLC系统和监控画面基本不变，但在此基础上加以完善。增加了工频/变频转换选择的开关量输入，一则在对话框中显示工作方式状态，二则增加软接点在通过程序的稍加修改，以其输出来控制微型继电器，利用微型继电器的辅助电接点增加工变频的电气互锁，确保可靠性。
　　2.6 水位模拟量采集
　　原中厚板浊环冷水池水位4～20mA的模拟电流信号采集，是通过安装在水池顶部的超声波液位计检测经变送器转换而得。由于水池水位波动太大，浊环水温使得水池内水汽较大，浊环水水质存在一定的腐蚀性，原液位计使用效果不佳，在此次变频改造中解决这一问题迫在眉睫。经多方考虑，选用上海康创公司生产的型号为UQC一50，量程为5 m且防腐能力强的磁浮子液位计。其基本原理是磁耦合及阿基米德浮力定理，当水池内液位升降时，其主导管内磁性浮子也随之升降，通过磁耦合驱动指示器内磁珠翻转，同时磁浮子也带动LB捆绑式液位变送器和MCU一1/CK一1液位控制器工作。通过实践证明磁浮子液位计使用效果好，很适合中厚板浊环冷水池的工况环境，并且增加了水池现场显示。另外，为减少电磁干扰对该信号的影响，采用ZRK—VVRP 2X1.5阻燃屏蔽信号电缆，并在PLC模拟量输人板AI板前增加了1个一分二隔离器，一路给电脑显示用，一路提供给变频器反馈信号用。
　　3 变频改造效果
　　1)节约电费。变频改造后，电动机运行电流约为14OA，频率为40Hz左右，运行稳定，波动很小;改造前电动机运行电流为240 A，频率为50 Hz，两相比较，每年可节约电费38万元左右。
　　2)降低设备维修费。变频改造后，由原平均每天调整回流18次，降为现在每天开回流2次;原平均每天启停泵3次，降为现在每月1次。变频启停过程中对电动机、水泵、电网、电气元件的冲击降至最低，每年因设备故障率的大幅度下降而节省的维修费约1万余元。
　　3)社会效益。变频改造后使得中厚板浊环冷水池水位已稳定，确保了供水，既做到了少补水，提高浊环水循环率，又、避免了水资源的浪费，而且不外排，保护了环境。
　　4 结语
　　变频泵投用至今，运行良好，性能稳定，节能效果非常明显，不但经济效益显著，而且社会效益良好。