中频炉水循环控制系统的智能化应用

杨剑锋 ,李霄 ,潘伟 ,李小菊

​中车眉山车辆有限公司，四川省眉山市，620032

摘要：中频炉是众多冶炼行业的关键设备，在冶炼中对炉体的循环水冷却是尤其重要，是保障中频炉安全运行的关键安全设施之一，采用对循环水系统的智能化变频控制达到节能和无人值守的目的。

关键词：水泵变频控制；控制智能化；节能；无人值守

一、前 言

目前国内中小型企业很多中频炉循环水冷却系统的控制方式是由冷却水泵调节压力流量，通过普通电机带动水泵转动，在水泵出口端的阀门节流来实现，不可调速，不节能，也不能实现自动控制压力，因中频炉一般与循环水系统相隔较远，常采用专人操作，容易出现人为因素及异常处理不及时，从而影响中频炉的安全运行。本文以1台中频炉循环水冷却系统为例，论述智能化控制的应用。

二、系统组成

本系统采用西门子S7-200smart PLC进行总控，配备大容量不间断电源，用于控制用电，确保停电后系统正常工作的智能化控制方案进行自动控制。

1.3个台循环冷却水泵，水泵电机采用变频电机，1#、2#水泵采用1用1备方式工作，3#水泵从冷却水池抽水到冷却塔进行水冷却。

2.运用水位传感器，用于水池水位自动补水控制。

3.采用2个流量计，分别检测进水瞬时流量和出水瞬时流量，用于流量保护。

4.在中频炉进水管道上配置1个压力传感器，做为冷却水泵压力的检测和控制。

5.采用2个PT100温度传感器，用于出水温度和水池水温检测。

6.配置1个电动球阀，用于2台水泵故障及系统停电后接通自来水。

7.在控制柜内采用1个中间继电器，其线圈接入系统主电源，触点接入PLC输入点，来判定电网供电是否停电。

8.配置触摸屏1个，用于系统参数设定及查看各工作状态并实时显示。

三、智能控制原理

1.正常工作

水泵控制方式人工开启水泵后，冷却水泵变频控制：采用PLC自带的PID算法根据设定压力控制水泵变频，当测量压力值小于设定压力时，水泵频率渐渐增大，直到50HZ为止。 当测量值大于设定值时，水泵频率渐渐降低，直到30HZ为止。

自动控制，正常情况下，自动检测停炉后（从中频炉断路器处取得），循环水泵根据出水温度进行自动工作，当中频炉停炉后出水温度达到要求后自动停止水泵。

2.故障处理：

中途有水泵故障（压力不足、变频器报警、空开保护跳闸），系统自动启动另1台备用泵。如两台水泵都有故障，系统自动停止两台水泵并打开电动球阀，接通自来水进行冷却并开启声光报警，如自来水异常（无水压）,断开对应中频炉主电源，当出水温度达到要求后自动关闭自来水。

电网停电：声光报警同时打开执行器接通自来水，并断开中频炉主电源，当出水温度达到要求后自动关闭自来水。在中途来电，恢复水泵工作，停止报警并断开自来水。

3.水池水位自动补水控制：根据设定的水位与测量的水位比较，当测量的水位小于设定水位，补水电磁阀打开，自动补水。当测量的水位大于设定水位，补水电磁阀关闭，停止补水。

4.每台泵都有手动和自动2种功能。手动状态可以自由启停。声光报警器2个分别安装于炉前和主控制柜上，作警示用。

5.流量保护

通过进水流量和出水流量检测相比较，其差值如超过设定值，系统将断开中频炉电源，停止冶炼，并启动声光报警。

四、节电原理

采用交流变频技术控制水泵的运行，是目前系统节能改造的有效途经之一，对于水泵来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，轴功率与P与转速N的三次方成正比，冷却水泵节电率的计算：

计算公式：冷却水泵节电率=[1－（变频器运行频率÷50Hz）3]×100%

例如：水泵转速降低30％，即变频器运行频率＝35Hz

水泵节电率＝[1－（35Hz÷50Hz）3]×100%＝65.7％

下表列出了它们之间的关系变化，我们可以清楚的看出在水泵流量为额定的60％时，变频器控制与阀门控制相比，功率下降了60％；所以水泵仅仅依靠阀门控制是远远不够的，进行变频器控制的节能改造是十分必要的。

表1-1  水泵流量与节能计算表

水泵转速 N%	运行频率 F(Hz)	水泵扬程 H%	轴功率 P％	节电率 ％
100	50	100	100	0
90	45	81	72.9	27.1
80	40	64	51.2	48.8
70	35	49	34.3	65.7
60	30	36	21.6	78.4

五、使用效果

1.从节电原理上可见用变频调速的方法来减少水泵流量进行节能改造的经济效益是十分显著的，变频控制其功率和转速的三次方成正比，当转速降为额定转速的60%时，其功率是额定的21.6%，可节省78%的电能，此外，采用变频调速，可以提高功率因数，把无功的电能转化为有功的电能，达到节能的目的。

2.变频器具有很强的保护功能，水泵过载、过流、失速、欠电压、过电压等引起水泵损坏的因素及时保护，不引起水泵烧坏。变频器使水泵启动时软启动，即水泵由0转速按照加速时间，缓慢地增加转速，这样，减少了水泵启动时大电流的冲击，也减少了启动时水泵极联间迅速启动时的磨损。水泵停机时变频器让水泵按照减速时间，逐步停机，这样，减少了因为突然停机，滞留在管网的水形成水锤，对水泵造成很大的损伤，提高了水泵的使用寿命。

3.在三班制工作时，每班需要采用1个人员对水泵进行照看操作，特别是在中频炉停炉后，为保证中频炉炉体冷却的要求，还需要留专人对水泵进行照看操作和故障处理，按照常规时间长达8-10小时，造成人员极大的浪费，因此中频炉变频控制智能化的应用具有较强的实用效果，当循环水系统开启后，不需要人员时刻照看操作，极大的提高了响应速度，出现故障也能自动处理，达到了无人值守的目的，大大的节约了人工成本。

参考文献

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[7]邓月红.浅析智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].中国设备工程,2021,(20):19-20.

作者简介

1、杨剑锋，男，1970.03、汉族、四川省眉山市人、本科、主管工程师、研究方向：电气控制智能自动化。

2、李霄，男，1984.09, 汉族、四川眉山市人  本科  技管研究方向：电气控制智能自动化。

3、潘伟，男，1971.11，汉族，四川眉山市人本科技管研究方向：节能降耗。

4、李小菊 女 1987.10.10 汉族四川成都人 专科 技师