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摘 要：随着变频器技术的快速发展，已广泛应用到现代工业控制系统中，特别对水泵电机的控制，它的变频调速性能更加优异，且节能效果更加显著，控制维护方便简单，可与PLC控制系统相结合，使运行更加可靠，大大降低了故障率。
关键词：变频器；PLC；水泵；节能
随着电子技术的快速发展，可编程控制器PLC技术与变频器技术紧密结合起来，采用变频器控制的水泵电动机系统，其节能效果显著、维护简单、可网络化集中、远程控制，简化控制系统，运行更加可靠，降低故障率，降低能耗，节约费用等。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节能效果广泛应用到现代工业控制系统中，特别是在风机水泵类变频调速的广泛应用。下面我以邯郸钢铁集团三炼钢厂为例简单介绍变频器和PLC技术在转炉水系统中的应用。
河北钢铁集团邯钢三炼钢厂（以下简称三炼钢厂）转炉水系统包括汽包补水泵（汽包泵）、氧枪泵、高、低压强制循环泵等，它们原来的控制方式是采用传统的继电器、接触器控制系统，原系统触点繁多，线路接线复杂，触点容易磨损烧坏，造成接触不良，容易出现事故且不好检查处理，系统庞大能耗较大。现改造为可编程控制器PLC与变频器技术紧密结合起来，采用了艾默生网络能源有限公司EV2000系列通用变频器技术与PLC技术相结合控制水泵运行，对水系统进行变频调速，其水泵的控制方式采用1拖1的运行方式，开一备一，即两台变频器控制两台电机，正常运行时，一台变频器工作，另外一台备用，当发生故障时，可转换到另外一台变频器控制水泵电机，如汽包泵的控制。另外还有一种控制方式是采用2×1拖2的运行方式，开一备一，只不过此系统是传统的继电器、接触器系统拖动2台水泵，变频系统可拖动2台水泵，正常运行时，变频系统工作，变频系统故障后自动切换到常规控制部分（旁路、工频），如氧枪泵的控制方式，这里主回路及控制回路不在介绍，其控制原理和汽包泵的控制一样，两种控制方式各有特色，不做介绍，现在以汽包泵的控制为例做简要介绍变频器控制水泵的变频调速，图中只画了一台汽包泵主回路、控制回路原理图，另外一台一样未画。
在转炉炼钢系统中，汽包补水泵是向汽包补水的，再通过强制循环泵把汽包里的水通向烟道来冷却烟道。图1、2是现用汽包泵主回路及控制回路原理图，部分控制连锁及保护部分未画，现简要介绍部分图中的一些功能。图1为主回路控制原理图，其中L01、L02分别为交流输入输出电抗器，L01的作用是防止当电网波形畸变严重，变频器和电源之间高次谐波的相互影响达不到控制要求，另外它还可提高变频器输入侧的功率因数，L02作用是当变频器到电机的连线超过80米后可抑制高频振荡，避免电机绝缘损坏、漏电流过大和变频器频繁保护；图2为控制回路原理图，其中图2中KA02、KA03是变频器的运行条件及允许条件（即转炉各系统连锁互锁通过PLC程序处理输出继电器），当汽包泵系统中本身运行条件如图2中的部分输送到PLC系统，根据工艺控制特点再加上与其他系统（如转炉氧枪系统）的连锁互锁条件，通过PLC程序系统的运行，当所有的条件满足时，PLC系统发出输出命令，如图2中KSD、KSDX、KA02、KA03为PLC输出中间继电器，再控制变频器的启动运行等，从而控制汽包泵的运行。在变频器控制汽包泵的控制运行系统中，汽包泵运行过程中共有两种速度进行切换，即低速、高速，如图2中低速KSD、高速KSDX输出中间继电器，高低速设定通过调节变频器频率通道的设定频率值来确定，通过满足工艺条件进行切换的。两台汽包补水泵正常情况下一台运行，一台备用；运行中一台补水泵事故跳闸时，自动切换为备用泵；如汽包补水调节阀开度>50%（可修改），补水泵高速运行，PLC输出中间继电器KSDX吸合，流量<10m3/h（可修改），自动切换为备用泵。两台汽包给水泵各设一套变频装置，给水泵连续运行。下面是汽包补运行过程中的一些情况，一些名称及参数根据工艺要求而定，通过PLC满足一些工艺参数，输出命令低速KSD、高速KSDX，它们之间进行切换来控制汽包补水泵高低速，达到工艺要求，实现节能：
如：（1）当除氧水箱水位<-600㎜时，汽包补水泵禁止启动、自动停止。
（2）非吹氧期：
汽包启动水位在+100～-350㎜；汽包水位<-250㎜，补水调节阀全开， PLC输出KSDX吸合，汽包补水泵高速运行，；
汽包水位>-50㎜，补水调节阀全关，PLC输出KSD吸合，补水泵低速运行；
（3）吹氧期（氧抢自动、选择吹氧、降枪指令）；
汽包水位在+300～-350㎜之间时，PLC输出KSDX吸合，补水泵高速运行，补水调节阀按40m3/h（可修改）补水量调节；
汽包水位>+450㎜，补水调节阀全关，PLC输出KSD吸合，补水泵低速运行；
汽包水位<-350㎜，补水调节阀全开， PLC输出KSDX吸合，补水泵高速运行；
（4）汽包补水泵调频、补水调节阀开度调节在主控室进行自动、手动转换及控制。
电机在不同频率下运行的节电效果： 节约电量P=N3
1）频率下降10%情况下的节电率：1-（1-10%）3 =27.1%
2）频率下降15%情况下的节电率：1-（1-15%）3 =38.6%
3）频率下降20%情况下的节电率：1-（1-20%）3 =48.8%
4）频率下降25%情况下的节电率：1-（1-25%）3 =57.8% ……
按水泵变频控制理论，其轴输出功率与转速比的3次方成正比关系，根据公式计算如在45HZ（相对于工频50 HZ）运行，其功耗仅为全速功耗的0.729；在30HZ运行时，其功耗仅为全速功耗的0.216。但实际运行中，考虑到各种损耗其节能效果略低于3次方（特别是在低速区），经过实际测算45HZ运行时功耗约为全速是的75%，30HZ运行时功耗约为全速时25%。根据我厂实际状况的改造结果，变频器控制汽包泵的运行方式，节能大约为原来的1/2。实现变频改造以来，设备运行良好。尤其是冬季，节能效果非常明显，高达30—50%。同时，很少发生故障，节约了大量的维修经费。
汽包补水泵电机装上变频调速器后节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，采用变频调速技术后，电机定子电流下降，电源频率下降，水泵出水压力降低，由于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用，同时由于变频器启动和调速平稳减少了对电网的冲击，由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测诊断数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。
变频调速技术用于水泵控制系统具有调速性能好，节能效果显著，运行工艺安全可靠等优点，在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率降低能耗具有重大的现实意义。
作者简介：
梁春英，2002年毕业于河北理工学院，本科，机械电子工程专业，河北钢铁集团邯钢三炼钢厂从事电气工作。
关键词：变频器；PLC；水泵；节能
随着电子技术的快速发展，可编程控制器PLC技术与变频器技术紧密结合起来，采用变频器控制的水泵电动机系统，其节能效果显著、维护简单、可网络化集中、远程控制，简化控制系统，运行更加可靠，降低故障率，降低能耗，节约费用等。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节能效果广泛应用到现代工业控制系统中，特别是在风机水泵类变频调速的广泛应用。下面我以邯郸钢铁集团三炼钢厂为例简单介绍变频器和PLC技术在转炉水系统中的应用。
河北钢铁集团邯钢三炼钢厂（以下简称三炼钢厂）转炉水系统包括汽包补水泵（汽包泵）、氧枪泵、高、低压强制循环泵等，它们原来的控制方式是采用传统的继电器、接触器控制系统，原系统触点繁多，线路接线复杂，触点容易磨损烧坏，造成接触不良，容易出现事故且不好检查处理，系统庞大能耗较大。现改造为可编程控制器PLC与变频器技术紧密结合起来，采用了艾默生网络能源有限公司EV2000系列通用变频器技术与PLC技术相结合控制水泵运行，对水系统进行变频调速，其水泵的控制方式采用1拖1的运行方式，开一备一，即两台变频器控制两台电机，正常运行时，一台变频器工作，另外一台备用，当发生故障时，可转换到另外一台变频器控制水泵电机，如汽包泵的控制。另外还有一种控制方式是采用2×1拖2的运行方式，开一备一，只不过此系统是传统的继电器、接触器系统拖动2台水泵，变频系统可拖动2台水泵，正常运行时，变频系统工作，变频系统故障后自动切换到常规控制部分（旁路、工频），如氧枪泵的控制方式，这里主回路及控制回路不在介绍，其控制原理和汽包泵的控制一样，两种控制方式各有特色，不做介绍，现在以汽包泵的控制为例做简要介绍变频器控制水泵的变频调速，图中只画了一台汽包泵主回路、控制回路原理图，另外一台一样未画。
在转炉炼钢系统中，汽包补水泵是向汽包补水的，再通过强制循环泵把汽包里的水通向烟道来冷却烟道。图1、2是现用汽包泵主回路及控制回路原理图，部分控制连锁及保护部分未画，现简要介绍部分图中的一些功能。图1为主回路控制原理图，其中L01、L02分别为交流输入输出电抗器，L01的作用是防止当电网波形畸变严重，变频器和电源之间高次谐波的相互影响达不到控制要求，另外它还可提高变频器输入侧的功率因数，L02作用是当变频器到电机的连线超过80米后可抑制高频振荡，避免电机绝缘损坏、漏电流过大和变频器频繁保护；图2为控制回路原理图，其中图2中KA02、KA03是变频器的运行条件及允许条件（即转炉各系统连锁互锁通过PLC程序处理输出继电器），当汽包泵系统中本身运行条件如图2中的部分输送到PLC系统，根据工艺控制特点再加上与其他系统（如转炉氧枪系统）的连锁互锁条件，通过PLC程序系统的运行，当所有的条件满足时，PLC系统发出输出命令，如图2中KSD、KSDX、KA02、KA03为PLC输出中间继电器，再控制变频器的启动运行等，从而控制汽包泵的运行。在变频器控制汽包泵的控制运行系统中，汽包泵运行过程中共有两种速度进行切换，即低速、高速，如图2中低速KSD、高速KSDX输出中间继电器，高低速设定通过调节变频器频率通道的设定频率值来确定，通过满足工艺条件进行切换的。两台汽包补水泵正常情况下一台运行，一台备用；运行中一台补水泵事故跳闸时，自动切换为备用泵；如汽包补水调节阀开度>50%（可修改），补水泵高速运行，PLC输出中间继电器KSDX吸合，流量<10m3/h（可修改），自动切换为备用泵。两台汽包给水泵各设一套变频装置，给水泵连续运行。下面是汽包补运行过程中的一些情况，一些名称及参数根据工艺要求而定，通过PLC满足一些工艺参数，输出命令低速KSD、高速KSDX，它们之间进行切换来控制汽包补水泵高低速，达到工艺要求，实现节能：
如：（1）当除氧水箱水位<-600㎜时，汽包补水泵禁止启动、自动停止。
（2）非吹氧期：
汽包启动水位在+100～-350㎜；汽包水位<-250㎜，补水调节阀全开， PLC输出KSDX吸合，汽包补水泵高速运行，；
汽包水位>-50㎜，补水调节阀全关，PLC输出KSD吸合，补水泵低速运行；
（3）吹氧期（氧抢自动、选择吹氧、降枪指令）；
汽包水位在+300～-350㎜之间时，PLC输出KSDX吸合，补水泵高速运行，补水调节阀按40m3/h（可修改）补水量调节；
汽包水位>+450㎜，补水调节阀全关，PLC输出KSD吸合，补水泵低速运行；
汽包水位<-350㎜，补水调节阀全开， PLC输出KSDX吸合，补水泵高速运行；
（4）汽包补水泵调频、补水调节阀开度调节在主控室进行自动、手动转换及控制。
电机在不同频率下运行的节电效果： 节约电量P=N3
1）频率下降10%情况下的节电率：1-（1-10%）3 =27.1%
2）频率下降15%情况下的节电率：1-（1-15%）3 =38.6%
3）频率下降20%情况下的节电率：1-（1-20%）3 =48.8%
4）频率下降25%情况下的节电率：1-（1-25%）3 =57.8% ……
按水泵变频控制理论，其轴输出功率与转速比的3次方成正比关系，根据公式计算如在45HZ（相对于工频50 HZ）运行，其功耗仅为全速功耗的0.729；在30HZ运行时，其功耗仅为全速功耗的0.216。但实际运行中，考虑到各种损耗其节能效果略低于3次方（特别是在低速区），经过实际测算45HZ运行时功耗约为全速是的75%，30HZ运行时功耗约为全速时25%。根据我厂实际状况的改造结果，变频器控制汽包泵的运行方式，节能大约为原来的1/2。实现变频改造以来，设备运行良好。尤其是冬季，节能效果非常明显，高达30—50%。同时，很少发生故障，节约了大量的维修经费。
汽包补水泵电机装上变频调速器后节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因数，采用变频调速技术后，电机定子电流下降，电源频率下降，水泵出水压力降低，由于电机水泵的转速普遍下降，电机水泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费用，同时由于变频器启动和调速平稳减少了对电网的冲击，由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测诊断数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。
变频调速技术用于水泵控制系统具有调速性能好，节能效果显著，运行工艺安全可靠等优点，在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率降低能耗具有重大的现实意义。
作者简介：
梁春英，2002年毕业于河北理工学院，本科，机械电子工程专业，河北钢铁集团邯钢三炼钢厂从事电气工作。