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一拖二变频调速恒压供水在中频炉冷却系统中的应用

作者：周健栾岩岩贾磊洛日期：2016-01-12 14:29 来源：未知

栾岩岩  洛阳市第一拖拉机股份有限公司锻造厂  河南洛阳  471000
贾磊洛  阳师范学院物理电子信息学院  河南洛阳  4710
【文章摘要】
   详述了一种基于 DP 通信的一拖二变频调速恒压供水在中频炉冷却系统中的实现。该系统根据管网压力信号变频器动态调泵的运行状况，实现变频无极调速。通过plc与变频器的通信数据，控制工作泵数量的增减，真正做到用水和供水的动态平衡。
【关键词】
DP 通信；PLC；变频器；恒压供水
0 前言
一拖铸造有限公司，是专门为拖拉机（大轮拖、中轮拖、小轮拖）制造铸造零件的公司。中频炉则是化取铁水的重要设备。在中频炉中，电炉线圈、磁轭、水冷电缆和电源柜等承载大电流的元件都需要水冷，冷却水系统是中频炉装置中的关键系统，是保障设备正常工作、安全运行的重要组成部分。因此，必须保证冷却水压力和流量的稳定。
1 概述
一拖二变频调速恒压供水系统采用PLC控制一台变频器拖动两台电机运行。通过PLC和恒压控制器对水泵的启停、何时投入使用进行控制。变频器负责改变水泵电机的转速，变频器与PLC间的通信采用DP通信，来达到恒压供水的目的。这样即可最大发挥变频器的优势，又可以节省设备投入。
一拖二变频调速恒压供水系统中：
PLC 选用 S7-200 CPU224，变频器选用JX-P 系列，共有 2 台水泵，1#、2#、泵的额定功率为30kw。2台水泵有1台变频器控制。同时在冷却管网加装远传压力表，量程（0~0.6Mpa），用于检测冷却管网压力。浮球液位控制开关1个，用于预防水泵抽空。安装在冷却管网上的压力表把压力信号变成（0~10V）标准电压信号送入变频器的模拟输入端，与变频器面板人为设定的压力值进行比较，经PID比较运算后，有变频器输出，从而控制水泵的转速，调节供水量，这样构成了以人为给定压力为基准的闭环控制系统。当需水量超过或者低于一台泵的供水量时，通过s7-200PLC 控制加减水泵。
2 工作原理
当冷却水管网压力低时，1#泵启动，至50HZ运行一段时间后，由压力表反馈来的电压信号仍未达到给定值时，PLC控制1#泵由变频器输出切换到旁路工频运行，然后变频拖动2#泵运行，根据冷却水管网压力情况适时调整2#泵的转速，来达到恒压供水的目的。当冷却水管网用水量变小，管网压力变高时，变频器调节
2#泵频率降为0HZ时，冷却水管网压力仍高，则 PLC 控制停掉 1# 泵，由 2# 泵实施恒压供水。至冷却水管网压力又低时，将2#泵由变频切换为工频运行，变频器启动1#泵，调整1#泵的转速，维持恒压供水。如此循环。
3 变频恒压供水特点
1）变频调速恒压供水能自动全天维持恒定压力，可以根据压力信号自动启停泵的运行，无级调整压力，与水塔供水比较，不会造成管网破裂及水龙头共振现象。
2）实现了柔性启动，减少了电机对水泵的冲击，延长了电机和水泵的使用寿命。
3）JX-P系列变频器具有欠压、过压、过流、过热等保护功能，能很好的保护电气元件不受损坏。
4）变频调速恒压供水系统可彻底实现无人值守自动供水控制，该系统具有故障报警和故障代码显示功能，方便维修人员查找故障。
5）变频调速恒压供水系统根据冷却管网用水量的变化来调节水泵转速，使水泵始有功功率最大化，当管网内压力恒定、零流量时水泵电机停止工作，流量增加后再进行工作节电效果明显，比普通水泵节电 23%-55%。
6）变频恒压供水系统不需要建设水塔，减少了建造水塔的一次性投资，缩短了工程周期，降低了设备成本。
7）整套设备结构紧凑、体积小，安装方便，占地面积少。
8）一拖二变频调速恒压供水系统采用自动控制，熔化车间操作人员只需按下启动开关，就可以实现冷却水的恒压供给，操作简单。
4 节能原理
水泵电机为平方转矩负载，即水泵的负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率和负载转矩与转速的乘积成正比，因此，水泵的轴功率与电机转速的立方成正比。由此可知，当冷却管网用水量减少时，即可使电机转速降低，而电机转速微量减少，将使功率大幅下降，节能效果十分明显。该变频调速恒压供水系统经过优化设计，使电机始终处于最佳运行状态。中频炉冷却系统采用水泵恒压供水为铸造公司带来经济效益：①直接效益，冷却水采用变频恒压供水减少了水泵电机机械损耗，降低了无功功率，按平均运行 300 天，阀门平均开度 80% 计算，30kw电机年节电量为W=30×[1-(0.8)3]×24×300=10.5408万 kwh电费报价按 0.56 元 /kwh 计算，全年可节约电费M=10.5408×0.56=5.9028 万元
②间接效益,熔化车间进行变频调速恒压供水改造以后，变频器对电机采用软启动连续变速运行，减少了对水泵电机及水泵的机械损耗，延长了设备使用寿命，减少了维修费用和停工带来的经济损失；变频器具有过流、过压、瞬时断电、短路、欠压、缺相等多种保护，避免了因电机烧损而影响生产带来的经济损失。
5 总结
冷却水系统是中频炉装置中的关键系统，是保障设备正常工作、安全运行的重要组成部分。因此，必须保证冷却水压力和流量的稳定。基于DP通信的一拖二变频调速恒压供水系统在中频炉冷却系统中的实现,不仅可以节约生产成本，降低设备损耗；而且还可以实现24小时无人看守恒压供水。满足了熔化车间对冷却水系统的要求。