降温水循环泵恒压供水变频改造

1 引言 石药集团维生药业（石家庄）有限公司一直努力进行技术改造，利用先进的控制工艺及控制技术，降低成本，提高工作效率。此次对降温水循环泵恒压供水系统进行的改造正是对以前设备进行的重要改造之一。 2 降温水循环系统介绍 设备参数:  管道离心泵： RBHW125-250（上海瑞邦泵业); 电动机： Y200L2-2 37kW； 电动机额定转速： 2950r/min； 管道运行压力： <0.7Mpa； 扬程： 60m； 流量： 138m3/h； 吸入高度： 4.5m； 选用变频器： ATV58HD46N4X 30kW。 3 系统原理 降温水循环系统由循环水池、循环泵、工艺管路、降温设备及使用设备组成，降温循环水由循环水池进入循环泵，由泵体打入循环系统给工艺设备降温，再回流到降温循环水池，其中的压力由循环泵出口阀门开度控制，外管道上有压力变送器，将压力信号传送给和利时DCS工控系统，在操作间内的工控机上显示运行压力，并提醒操作人员进行相应的控制。 由于设备的使用情况不稳定，压力值一直不稳定，操作人员只能根据压力情况及降温循环水使用情况调节出口阀门，并开启回流阀门，进行压力控制；不但控制精度很低，操作的难度也很大，由于实际使用流量较小，经常出现管道降温水的压力异常超高，引起管路故障及降温水泄漏，使得工作的强度较高。鉴于以上情况，决定改造控制系统，以改进以上的情况。 由于原来的压力信号一直存在，只是在工控机上显示，没有参与控制，而阀门控制既不方便，精度低、浪费大；参考现在流行的恒压供水控制系统，将降温水循环系统改为恒压控制是个不错的选择。改造只是增加变频控制系统，将原来的DCS工控系统控制模式改变并将控制信号连接到变频控制系统，即可解决问题。 3.1 具体系统控制说明 原降温水管道上取得的压力信号传递到DCS工控系统以后，做一个改进，将DCS工控系统的程序改进一下，增加控制模块，模块输入由模拟压力信号及变频器故障输入信号组成，模拟信号再输入到计算机系统参与计算及控制，故障信号输入到计算机系统产生报警，提醒操作人员及时进行相应的操作，DCS工控系统再将系统生成的数据输出到输出模块生成相应的模拟量输出，并将报警情况生成报警信号显示在工控机上。模拟量输出信号采用模拟电流4-20mA信号，可以有效的防止信号的线路干扰；模拟信号传输到变频器模拟量输入端子，控制变频器输出频率。由于泵的启动及停止操作最好在现场，因此启停控制仍然由原来现场控制按钮来实现，只是将控制电路进行相应的改造，加装中间继电器，由中间继电器的控制点将控制信号输入到变频器数字量输入点LI1，控制变频器的启动和停止。 由于增加模块，计算机的程序需增加相应的控制程序块，然后增量下装到主控单元中。程序中增加了手、自动输出频率设定及实际压力显示值和输出频率的页面程序，自动控制的模拟输入PID算法及PID参数设置，报警信息等；工控机显示屏上能够显示程序中增加的所有控制量及显示与报警等参数。 变频器选用ATV58HD46N4X施耐德变频器，由于是泵用变频器，选用功率比电动机实际功率小一级；应用变频器的控制端子中的LI1、+24做为变频器的启动和停止控制端子，R1A、R1C为报警输出端子，AI2、COM为模拟量输入端子。 其电气接线原理图见图1。 图1 电气接线原理图 3.2 参数设置 由于变频器的使用及DCS工控系统控制功能加强，使得工艺控制参数产生相应的变化，因此对变频器的参数设定要根据实际工艺进行参数整定。具体变频器参数及PID参数设置见附表，为了保证压力升高的平稳性，合理选择加速时间，既能保证减少管道压力冲击，又能及时适应管道压力变化，供应降温水的使用量。 附表 变频器及PID的参数设置表 3.3 改造过程  （1）电气回路改造 将配电室内主回路器件按照电气原理图进行相应改造，增加控制电源及中间继电器改造控制回路，并将控制回路控制点引入变频器控制点；增加DCS工控系统输入输出模块，铺设工控系统的输入输出控制线路，并将输入输出线路与变频器、输入输出模块连接，变频器送电后，按照表1所列出的参数进行参数设置; （2）软件系统改造 根据原来工控系统程序及增加模块的输入输出点数量，改进原来的系统程序，增设屏幕参数显示及控制参数设定模块；进行增量下装，下装完成后，按照表1进行PID参数设置。 （3）系统调试 电气回路及工控系统改造完成并检查后，送电进行调试，先调试启动停止回路的运行情况，正常后再调试工控系统的输入输出信号及工控系统的信号处理情况，然后开启降温水泵调试PID参数，找出合适的PID曲线; （4）调试中遇到的问题 首先要注意的是降温水系统管路由原先的阀门调节改为调节泵运行频率时，泵的进出口阀门一定要全开，回流阀门要关死，否则不但影响节能效果，还有可能引起泵的频率共振，引起电气故障。其次PID参数的设置和调节要与降温水的实际使用情况结合，既要有效的保证降温水平稳供给，又要保障恒压供水系统稳定运行，最后将适合于本系统的PID参数列入附表。 4 效益分析 （1）节能效果明显 由于采用了恒压供水控制方式，将离心泵的实际运行转速降低，因此将节约大量的电能，减少相应的电费支出。经过测算，每小时实际运行频率约为40Hz,实际运行电流为40A左右，原来实际电流68A，接近额定电流。离心泵每年节约电量为： 节约电量=28A×380×1.732×0.87×24×350=13.5万度/年 （功率因数为0.87，每年运行时间约为350天） 由以上计算可以看出采用了变频恒压控制以后，每年仅节约电费将可达到: 节约电费=13.5万度×0.53元/度=7.15万元/年 而变频器价格仅13000元，输入、输出模块约8000元，线路及施工费用约为2000元，短期内就可以收回购买恒压供水新增设备的投资。 （2）降低维修费用及降温水的成本 避免供水管网水压异常增高，造成的跑水、漏水现象，降低维修费用及降温水的成本; （3）降低操作人员的操作强度，提高供水质量。 5 结束语  这次离心泵变频改造是一次非常有意义的尝试，随着国家节能技术的飞速发展，节能的需求会越来越大，通过这次成功的改造增强了继续进行设备改进的信心，也将为公司带来巨大的经济效益。 信息来源于：变频器世界