变频器在循环水系统中的应用

《铝加工》2013年第5期总第214期技术工程变频器在循环水系统中的应用吴启明,贾燕(西南铝业(集团)有限责任公司,重庆九龙坡401326摘要:分析了某公司熔铸厂循环水使用现状,应用变频调速和PLC集中控制技术,实现了循环水系统节能、高效的应用效果关键词:可编程序控制器;变频器;循环水中图分类号:X853文献标识码:B文章编号:10054898(2013)05-0044-05doi:10.3969jisn.1005-48982013.05.091存在问题2.2节能原理图1中曲线全角为水泵在恒速下扬程H和流量某熔铸厂某部现有三组机组,各自均有独立的铸造机。其配套循环水泵站电单耗居高不下,Q的特性曲线,图1中曲线2是管网水阻特性(阀门开度为100%)。假设水泵在设计时工作在A点分析认为:熔铸生产的性质和产品结构等因素,决定了生产是间歇性的,炉次之间的间隔时间长的效率最高,输出流量Q1为100%,此时的轴功率短不一,所以,用水是间断的,有时还有停炉的P1=Q1H1与面积AH10Q1成正比。根据工艺要求,情况。三组机组用水的时间不一致,导致用水量当流量需从Q减少到Q2(例如70%)时,如采用调变化非常大。因此“不均衡”用水是主要原因。节阀门开度的方法相当于增加了管网阻力,使管网阻力特性变到为图1中的曲线3,系统由原来其次,该循环水泵站设计供水能力有一定富余。循环水系统采用人工启停的方式增减冷热水泵的运行数量,经常出现多开泵造成电能浪费,而少开泵影响铸造产品质量的情况。H2节能原理21解决思路根据生产所需供给循环水,不生产时循环水泵停止工作,就可以减少空耗,从而降低电单耗,实现节约电能。图1HQ特性曲线图作者简介:吴启明(1955-),男,重庆人,中南大学,工业自动化,H中国煤化工收稿日期:2013-06-20CNMHG吴启明,等:变频器在循环水系统中的应用技术工程的工况A点变到新的工况B点运行,由图1中可以若采用变频,能量节约非常显著。看出,扬程反而增加了,轴功率P2与面积BHOQ2成正比,减少不多。3方案制定如果采用变频调速控制方式,将水泵转速由3.1节能技改内容N降到N2,根据水泵的比例定律,可以画出在转(1)将该循环站循环系统由手动控制改为变速N2下扬程H和流量Q特性如图1中的曲线4所频自动控制。示,可见在满足同样流量Q2的情况下,扬程H将(2)实现该循环站循环系统与铸造机的联动大幅度降低,功率P3(相等于面积CHOO2)也随控制,采集铸造机水阀的开关信号、流量信号,着显著减少,节省的功率△P=△HQ与面积BHHC将其作为冷水泵启动以及停用水后水泵延时全停成正比,节能的效果是十分明显的。的控制参数。根据流体力学理论,电机轴功率P和流量Q扬(3)该循环站循环系统热水泵根据热水池程H之间的关系为:P=KHQn的水位进行控制,当水位高于设定液位时,水泵式中:K为常数;n为效率。自动启动,水位降低到设定液位时,水泵停止运它们与转速N之间的关系为行Q,/Q=NN2(4)原来手动控制的出口阀门,若改为自动H,H=(NN2)2控制就必须在冷水泵的出口阀门与水泵中间增加P,/P=(N/N2 )3止回阀,避免因备用的水泵因受管网带压水流驱流量Q与转速的一次方成正比,扬程H与转速动而反转,造成水泵损坏。的平方成正比,轴功率P与转速的立方成正比,当(5)水泵启停由原来的手动启停,变为自动流量减少,水泵转速下降时,轴功率下降很多。启停,启动方式由原来的直接启动变改为PLC集中例如流量下降到80%,转速也下降到80%时,则轴控制。功率下降到额定功率的51%;如流量下降到50%,3.2节能技改方案功率P可下降到额定功率的13%,当然由于实际工该循环站循环系统分为热水循环和冷水循况的影响,节能的实际值不会有这么突出,即使环,两个循环是一个整体,冷水循环主要是将冷这样,节能的效果也是十分明显的。水池的冷水输送到车间铸造机,热水循环是将热变频节能原理如图2所示。水池的热水输送到冷却塔冷却后流到冷水池由图2可见,当实际流量小于额定流量时,3.2.1冷水循环冷水循环是闭口系统,车间铸造机并不是同时开,同时关。水泵的启停和运行台数是人为决定,所有系统压力会有波动,范围为0.25~0MPa,正常生产需要压力为03MPa左右。当铸造机运行台数少时,管网内压力就会达到⊥L变频器控制0.35~04MPa,压力过高就造成浪费能量,同时压力的波动会造成铸造产品质量的不合格。正常情流量/%况下系统需图2功率、流量曲线图THa中国煤化工案采用两台CNMHG《铝加工》2013年第5期总第214期技术工程变频器分别控制两台常用水泵。如果采用一台水检测热水池和冷水池液位泵变频,当两台泵运行压力高时,停止一台工频泵,工频泵直接停止,会对管网的压力造成很大的波动,而压力波动大会造成产品不合格,所以采用两台变频器控制两台水泵,当压力大时,热水池高液位热水池低液位台泵先降低运行频率,当降到最低频率时,这时冷水池低液位冷水池高液位水泵的出水已经很小,再停止时,管网压力波动就很小,不会对生产造成影响。启动热水泵手动模式:人工启停水泵。图4热水泵启停示意图自动控制方式为:冷水泵单独启停,如图3所示。口流出,浪费能源和水,热水泵需停止,当热水池液位在低液位,为保护热水泵不损坏,热水泵任一台铸造机启动冷水泵动变频器调速需停止。恒压输出热水泵在反复启动停止时,会对造成水池的水质浑浊,不能达到生产要求,所以长期使用的全部铸造机停止延时时间到冷水泵启动热水泵必须采用变频器控制,变频器可以实现水图3冷水泵自动控制示意图泵的软起和软停,启动和停止过程非常平滑,对3.2.2热水循环管网和电网都没有冲击。热水循环属于开口系统,热水泵将热水输送33系统原理图到冷却塔,管网出口跟大气联通,所有管网出口根据系统改造方案和系统的工作模式,系统压力是恒定的,只需要能达到冷却塔高度的扬程原理图如图5所示就可以了系统运行方式分为手动运行和自动运行,两将热水池和冷水池的液位采集进PIC,将原来种运行模式有操作人员选择,手动运行一般在系的液位传感器信号的4-20mA信号,经过变送器一统调试或系统故障时,需要单独启动水泵;自动分为二,一路进原来的仪表,一路进PC系统,在运行为系统的正常运行模式,不要人为控制,系触摸屏上设置两个水池的高低液位值。统根据用水的变化,自动选择水泵的运行台数和热水泵启动条件:冷水池液位在低液位或热运行频率水池液位在高液位。当冷水池液位在低液位,说明生产需要的循环水量大,需要启动热水泵将热水池的水输送到LC控制器热水池水位水流量冷却塔冷却后自流到冷水池;热水池液位在高液位,为防止热水从溢流口流出,热水泵需启动。热水泵停止条件:冷水池液位在高液位或热水池液位在低液位;2#冷水泵当冷水池液位在高液位,为防止冷水从溢流中国煤化工CNMHG吴启明,等:变频器在循环水系统中的应用技术工程必须采用屏蔽双绞线,防止线路的干扰,控制线路必须和主电路分开走线。4.3程序编制按PLC控制程序安装系统的控制方式和工艺流程进行编程,并模拟运行。触摸屏画面的组态,一由按照管道工艺图和设备的分布情况来组态系统画田qa4|c断画民园口面和控制流程。图6管网压力曲线图4.4系统现场调试手动模式:每一台水泵可以单独启停,变频所有设备和传感器都安装完成后,首先进行水泵的运行频率可以在触摸屏上调节。手动调试,确定每台水泵都能单独运行,并且运自动模式:①系统自动运行,设定管道需要行电流和电压正常,管道无漏水,压力传感器检压力,自动通过PID调速保证输出压力恒定。②测压力与管道上压力表的压力值一致后,再进行当有一台水泵出现故障时,系统自动启动备用水系统自动运行调试,根据设计的程序进行系统的泵,做到故障自动切换并形成报表。③记录管网联调。压力曲线,可以对系统的负荷变化进行分析如图6所示。④记录水泵故障时的电流、转速和管道5应用效果压力,方便对故障原因进行分析。⑤采用PLC控(1)采用变频器控制,代替原来的简单控制器,控制性能好,系统稳定性好。⑥PLC控制制,启动电流小于1.2倍额定电流。器与变频器控制,采用标准的通迅方式,控制速(2)调速性能更好,变频器实现无级调速,度快,而且可以采集变频器的运行状态和变频器水泵运行更可靠。参数。记录水泵投切时间、运行电流、电压、水3)管网压力更稳定,管网压力波动小,对压、流量、用水量、用电量等方便查阅。⑦变频生产用水更稳定,管网寿命更长。器控制功能:过流保护、接地保护、欠压保护、(4)节能效果明显,水泵跟随负荷的变化而过压保护、失速保护、欠载保护、变频器低温/过调速,水泵的运行数量根据用水量来决定,实现热保护、电机过热保护、输入输出相保护等齐全系统的节能高效运行。的保护功能。(5)系统实现自动化管理,无人值守。采用触摸屏监控,人员操作更简单,更直观。4方案实施(6)系统保护功能更完善,变频器对水泵的4.1电机主回路改造保护功能强大,触摸屏上随时监控系统的运行和变频器安装好后,将变频器通电运行,确定系统的报警。变频器正常运行,将电机出线连接到变频器的出(7)-根据实际的运行效果,改造前循环线端。水电单耗为310kWh/kt,改造后循环水电单耗4.2控制回路改造降为240kWh/kt,降幅达23%,每年节约电量将操作台安装在控制室,将变频器的控制线5×10kWh路,通过穿管沿水泵房安装到控制室,控制线路中国煤化工CNMHG47《铝加工》2013年第5期总第214期技术工程/专利荟萃6结束语给,节能效果显著。循环水系统实现了自动控制循环水系统采用低压变频和PLC自动集中控制和无人值守技术,整个循环水系统水压稳定,水量按需量供Application of Frequency Transformer in Circulating Water SystemwU Qi-ming, JIA Y(Southwest Aluminum(Group)Co, Ltd, Chon401326,Chna)Abstract: The current situation of circulating water for certain company was analyzed. The frequency and PLC control technology areused. Efficient and energyg water system are realizedKeywords: programmable controller; frequency transformer; circulating water种铝型材加工模具中国专利CN201203634886本专利涉及一种铝型材加工模具,主要是由上模板和下模板组成。上模板上设置有多个螺孔和可插入螺孔中的多个套筒,套筒内放置有限位杄,限位杆的头部进入该套筒。在限位杆下面设置的外螺纹可连接到下模板的螺孔中,用以固定上模板和下模板;所述上模板上设置有多个冲座及冲杆,冲杆深入下模板上设置的多个模座的冲孔中。本实用新型的加工模具可适应多种不同铝型材的加工,适当减少了加工模具的使用数量和更换数量,可由单一下降冲程,同时冲置铝合金型材的上下两面。高疲劳强度的铝合金铸件及其生产方法欧洲专利EP1524324本专利提供了一种耐疲劳强度优异的铝合金铸造材料,它的主要化学成分(wt%)如下:4~12Si,<0.2Cu,0.1~0.5Mg,02~30N0.1~07Fe,0.5~030T,余量为铝。这种铝合金的显微组织由a-A基体的呈网状骨胳相等组成。基体可通过含镁的化合物沉淀析出而强化,所以它具有较好的抗疲劳强度。改善铝合金熔液的流动性和充型性的方法日本专利特愿1091445铝合金在金属型重力浇注时,由于冷却速度快,铝液的浇注温度高,从而在液面上易形成表面张力大的氧化膜,对于薄壁、复杂型腔的填充十分困难,而采用压力铸造、低压铸造等方法,设备复杂,成本较高。本专利提供了一种铝液表面张力小、流动性大为改善的铝合金浇注工艺,即在金属型表面形成一层镁氮化合物、浇注时铝液与它接触并进行反应,而产生大量热量,从而可以在低温下浇注的新工艺。铝热还原制备A-Sc合金的方法中国专利CN2004100469152该方法以Sc203为原料,用NH4HF2、NaF和碱金属的氯化物为氟化剂、助熔剂和熔剂,金属铝为还原剂并作为合金的主要成分。在氧化铝或石墨坩埚内,升温至850℃~1100℃,保温一段时间后,浇铸成锭,即得A-Sc合金。该合金含S%~3%,S+Al>9%,并含有少许的Fe、Si、Ca、C和F,分别<005%。S的收效率大于80%。该方法工艺极其简单可靠杂质含量低,性能优良。其合金适用于铝、镁及各种精密合金的添加剂,可显中国煤化工CNMHG48