1、問題的提出
原帶鋼水處理系統(tǒng)主要是由1D、2D、3D三臺水泵電機(jī)中任意兩臺從吸水井中抽水，通過磁分離器過濾進(jìn)入1#水井，然后由15D或16D水泵電機(jī)從1#井中抽水供精軋機(jī)組冷卻用水，17D或18D水泵電機(jī)從1#水井中抽水向粗軋機(jī)組和卷取區(qū)域供水，水對設(shè)備冷卻后流入地溝，順地下管路自動流回沉淀池。正常生產(chǎn)時，通過調(diào)節(jié)V101、V103閥門調(diào)節(jié)水量，多余的水流入沉淀池中，生產(chǎn)不連續(xù)時，通過V102閥門水流回池中。（如圖1所示）1D、2D、3D功率為135kW，15D、16D、17D、18D功率為260kW，起動方式為直接起動，這種大功率電機(jī)帶負(fù)荷起動，對電網(wǎng)電壓影響非常大，降低電機(jī)壽命，所以使電機(jī)不能頻繁起動，只有在長時間停軋時才能停電機(jī)，致使在短時間內(nèi)停軋只能使水走旁路，造成資源浪費(fèi)。因此帶鋼車間水處理系統(tǒng)必須進(jìn)行改造。
圖1：帶鋼水處理供水系統(tǒng)圖
2、解決方案
2.1總體思路
改造后本系統(tǒng)共包括1D、2D、3D、15/16D、17/18D5套變頻調(diào)速裝置及S7-300型PLC一臺，其中1D采用安邦信G9-160T3變頻器，2D、3D、15/16D和17/18D采用安邦信G9-280T3變頻器，如圖2所示，該系統(tǒng)全部采用自動、手動與三段速度三種控制方式2.2PLC在系統(tǒng)中的應(yīng)用
圖2：水處理電氣控制圖
2.2.1本系統(tǒng)所有開關(guān)量信號全部輸入PLC，通過邏輯運(yùn)算生成輸出信號，模擬量信號由外部調(diào)節(jié)器和變頻器本身生成，其信號不進(jìn)入PLC。其主要實現(xiàn)以下功能：
1）利用PLC選擇自動/手動頻率調(diào)節(jié)。利用外部調(diào)節(jié)器生成的4—20mA信號和操作箱上帶刻度的單圈可調(diào)電位器實現(xiàn)變頻器從0—50Hz的全范圍自動/手動調(diào)節(jié)。
2）三段速度調(diào)節(jié)。利用操作箱上三位式轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇變頻器裝置實行爬行、低速、高速的三段固定速度運(yùn)行。
軟件編程方面運(yùn)用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思路，將相對獨立、集中的控制放到一個程序功能或功能塊中。程序中，只是滿足各種條件下的功能及功能塊的調(diào)用，使得程序的可讀性強(qiáng)。程序中采用了一定的過程數(shù)據(jù)，使得程序的修改簡單，即程序中定義了過程數(shù)據(jù)，將所有經(jīng)常使用的I/O點傳輸給過程數(shù)據(jù)。
2.2.21D、2D、3D與15/16D、17/18D聯(lián)動運(yùn)行
為了保證系統(tǒng)投運(yùn)時1#井的供水和排水兩套裝置能夠相互連鎖，在操作箱上設(shè)有單動/聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)。單動時每臺變頻器獨立運(yùn)行互不影響，聯(lián)動時若需運(yùn)行15/16D和17/18D必須先運(yùn)行1D、2D、3D變頻裝置，并且1#井水位要高于較低報警點的設(shè)定設(shè)定水位。若要停止1D、2D、3D變頻器，15/16D和17/18D變頻器必須處于停止位置。聯(lián)動時若要同時停止15/16D和17/18D，如果1#井水位處于較高水位，則停止操作無效，直至水池低于高水位時停止操作才有效。為了保證15/16D和17/18D運(yùn)行發(fā)生變化時，1D、2D、3D的自動調(diào)節(jié)能及時跟上，在變頻器參數(shù)設(shè)定時，1D、2D、3D的升降速時間要比15/16D和17/18D短。
1D、2D、3D與15/16D和17/18D變頻器運(yùn)行實行現(xiàn)場操作與機(jī)旁操作箱兩地控制，運(yùn)行前先在PLC柜上選擇操作位置，再在所選擇的操作位置啟動變頻器，變頻啟動運(yùn)行后自動實現(xiàn)操作位置選擇自鎖，此時可以任意轉(zhuǎn)換操作位置而不影響變頻運(yùn)行。不論操作位置選在何處，兩地操作的停止按鈕始終有效。變頻啟動條件必須滿足主回路合閘，變頻器無故障等條件。當(dāng)外部故障時變頻器主回路立即切斷，變頻輸出相應(yīng)立即停止。
2.3自動信號的生成
1D、2D、3D采用超聲波液位計檢測1#水池液位，通過壓力變送器產(chǎn)生4-20mA信號輸入外部調(diào)節(jié)器，由其計算生成自動調(diào)節(jié)信號給變頻器，實現(xiàn)液位自動調(diào)節(jié)。15/16D、17/18D從原軋線流量測量裝置取4—20mA流量信號，利用外部調(diào)節(jié)器計算后給變頻器實現(xiàn)流量自動調(diào)節(jié)。
1#井水位采用超聲波液位計檢測，產(chǎn)生4—20mA信號給外部調(diào)節(jié)器，由于調(diào)節(jié)器只能接受0-5V信號，所以在儀表信號輸入端口并聯(lián)250Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，使其信號符合儀表要求。在調(diào)節(jié)器內(nèi)部設(shè)置一標(biāo)準(zhǔn)水位值，同輸入信號進(jìn)行比較，計算其差值經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器處理后成反比例輸出4—20mA信號作為變頻器自動給定信號。由于1D、2D、3D都需要監(jiān)測1#井水位作自動信號，所以我們選用了KD-4000信號隔離器，把輸出信號由一路擴(kuò)展為三路，達(dá)到了系統(tǒng)要求。15/16D和17/18D信號處理與1#井水位信號處理方式相同，只是減少了輸出信號的隔離擴(kuò)展。
3、技術(shù)創(chuàng)新點
S7-300系列PLC以及安邦信變頻器在水處理控制系統(tǒng)中得到了成熟的應(yīng)用。利用所設(shè)計的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，提高了供水系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力，實現(xiàn)流量的自動控制，同時減少了冷卻水和電能的損耗。
4、實施效果
帶鋼水處理系統(tǒng)自動控制改造完成投入使用以來，運(yùn)行效果良好，維護(hù)簡便，節(jié)能效果顯著，正常工作時，只需2/3的功率即可滿足軋線用水量，年可節(jié)約電能135萬千瓦時，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低平均30%以上，對于降低水泵機(jī)械設(shè)備壽命起到了積極的作用，各項指標(biāo)及控制功能均達(dá)到了設(shè)計預(yù)期目標(biāo)，實現(xiàn)了水處理全過程自動控制。
5、結(jié)論
帶鋼冷卻水閉環(huán)控制系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用提高了軋線供水質(zhì)量，提高了軋輥冷卻了能力，減小了軋輥消耗；降低工人勞動強(qiáng)度。開發(fā)了PLC、變頻器、自動配水等自動控制功能，使整個系統(tǒng)簡潔、可靠、易于維護(hù)，為帶鋼的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。