旋流池控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

王成龍，張國(guó)鋒，段文宇，王曄，樓緯

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司檢修工程公司，山東濟(jì)南 250101）

旋流池控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

王成龍，張國(guó)鋒，段文宇，王曄，樓緯

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司檢修工程公司，山東濟(jì)南 250101）

為提高旋流池控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)用S7-300PLC作為系統(tǒng)主站，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP與1個(gè)ET200分站及1個(gè)PP17建立通訊實(shí)現(xiàn)控制，通過(guò)MPI連接1臺(tái)計(jì)算機(jī)操作員站，采用STEP7完成控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，應(yīng)用SMC150軟啟動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)軟啟動(dòng)器掛接2臺(tái)電機(jī)，泵的啟動(dòng)電流由原來(lái)直接啟動(dòng)的1 200 A降到800 A，減少了因速度突變而引起的電流過(guò)大和機(jī)械沖擊，有利于延長(zhǎng)電氣和機(jī)械壽命。

旋流池；軟啟動(dòng)器；PLC；控制系統(tǒng)

1 前言

軋鋼系統(tǒng)中，水循環(huán)處理是必不可少的環(huán)節(jié)，濟(jì)鋼寬厚板2 500 mm產(chǎn)線采用直接冷卻循環(huán)水方式進(jìn)行渣水處理，其中旋流池的2臺(tái)回水泵、2臺(tái)沖渣泵采用接觸器吸合直接啟停控制方式，經(jīng)過(guò)1 a的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)存在以下不足：1）啟動(dòng)電流可以達(dá)到額定電流的5～7倍［1］，電流沖擊波動(dòng)達(dá)到15%以上，對(duì)電網(wǎng)中的其他設(shè)備造成不良影響。2）啟動(dòng)電流大，電機(jī)瞬間沖擊大，減少電機(jī)壽命，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。

為此，經(jīng)過(guò)多種方案對(duì)比，決定采用一拖二軟啟控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 主回路

主回路組成：2臺(tái)回水泵選用2B×G350WFBAD1型水泵，總揚(yáng)程33 m，流量690 m3/h，配用電機(jī)145 kW；2臺(tái)沖渣泵選用2B×G250WFB-CD1型水泵，總揚(yáng)程46 m，流量480 m3/h，配用電機(jī)110 kW；2 臺(tái)SMC 150型軟啟動(dòng)器對(duì)回水泵組和沖渣泵組主分別控制；斷路器選用AB的400A；接觸器選用GMC 的400 A，線圈220 V。正常情況下，斷路器全部處于合閘狀態(tài)，軟啟動(dòng)器上端接觸器101KM1處于吸合狀態(tài)。

以1#沖渣泵為例，當(dāng)1#沖渣泵啟動(dòng)時(shí)，1#沖渣泵軟啟接觸器101KM5吸合，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，電機(jī)運(yùn)行，軟啟動(dòng)器輸出電壓達(dá)到額定電壓，1#沖渣泵工頻接觸器101KM4吸合，1#沖渣泵軟啟接觸器101KM5斷開(kāi)，電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行［2］。因電機(jī)采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)后就投入電網(wǎng)運(yùn)行，軟啟動(dòng)器對(duì)起動(dòng)后的電機(jī)沒(méi)有了保護(hù)功能，所以在電路中加入了電機(jī)保護(hù)器，對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載，過(guò)流保護(hù)。

2.2 控制回路

SMC150軟啟動(dòng)器控制電源為220 V，端子11和13通過(guò)空氣隔離開(kāi)關(guān)接220 V電源。1#沖渣泵啟動(dòng)時(shí)，中間繼電器101KA3線圈得電，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)信號(hào)得電，軟啟動(dòng)器進(jìn)入啟動(dòng)程序，啟動(dòng)19 s后，中間繼電器101KA3線圈失電，完成1#沖渣泵軟啟工作。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 控制系統(tǒng)配置

系統(tǒng)采用PLC產(chǎn)品及監(jiān)控軟件WINCC，以實(shí)現(xiàn)旋流池自動(dòng)化控制功能。S7-300PLC作為系統(tǒng)主站，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP與1個(gè)ET200分站及1個(gè)PP17建立通訊實(shí)現(xiàn)控制。通過(guò)MPI連接1臺(tái)計(jì)算機(jī)操作員站。其CPU模塊為6ES7 315-2AG10-OABO，主站中掛接1塊32位開(kāi)關(guān)量輸人模塊6ES7 321-1BL00-OAA0；1塊32位開(kāi)關(guān)量輸出模塊6ES7 322-1BL00-OAAO；2塊8通道模擬量輸入模塊6ES7 331-7KF02-OABO；1塊4通道模擬量輸出模塊6ES7 332-5HD01-OABO；電源模塊采用6ES7 307-1EA00-OAAO。控制電源從UPS引出，電源故障斷電后，可維持30 min不間斷供電，從而保障PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。ET200分站模塊為6ES7 315-2AG10-OABO，分站掛接1塊32位開(kāi)關(guān)量輸人模塊6ES7 321-1BL00-OAA0；1塊32位開(kāi)關(guān)量輸出模塊6ES7 322-1BL00-OAAO。旋流池控制系統(tǒng)配置見(jiàn)圖1。

3.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)采用STEP7完成，主要軟件功能包括：順序流程控制，壓力、液位模擬量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理，越限報(bào)警和故障診斷。一拖二式軟起啟動(dòng)編寫(xiě)程序：

圖1 旋流池控制系統(tǒng)配置

1）選擇啟動(dòng)方式。在PP17控制面板上選擇軟啟控制柜柜門(mén)操作/操作臺(tái)操作啟動(dòng)，如果選擇操作臺(tái)操作只需按動(dòng)PP17控制面板相應(yīng)泵的啟停按鈕即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)泵的啟停。如果選擇控制柜柜門(mén)操作必須按下主回路合閘按鈕后再按相應(yīng)泵的啟動(dòng)按鈕。

2）實(shí)現(xiàn)軟啟轉(zhuǎn)工頻的切換。泵的啟動(dòng)按鈕按下后，相應(yīng)的軟啟軟啟接觸器吸和，實(shí)現(xiàn)泵的軟啟動(dòng)，待軟啟工作19.5 s后，軟啟停止，軟啟接觸器釋放，再過(guò)0.5 s工頻接觸器吸和，切換至工頻工作。

3）兩臺(tái)泵之間的聯(lián)鎖。在1#泵軟啟啟動(dòng)期間，2#無(wú)法啟動(dòng)，直至1#泵完成軟啟啟動(dòng)切換至工頻后，才可啟動(dòng)2#泵。

3.3 SMC150軟啟動(dòng)器參數(shù)設(shè)置

SMC150軟啟動(dòng)器主要由三相反并聯(lián)式晶閘管構(gòu)成，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角改變輸出電壓。啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管輸出電壓不斷增加［3］，直到電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，晶閘管全導(dǎo)通，電機(jī)端電壓達(dá)到額定電壓，啟動(dòng)完成。SMC150軟啟動(dòng)器參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 SMC150軟啟參數(shù)設(shè)置

軟啟動(dòng)方式是最常用的啟動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)得到預(yù)設(shè)定的初始轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩可在轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的0%～90%范圍內(nèi)由用戶調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)根據(jù)調(diào)試具體情況確定為90%。在按y=kx+b曲線模型加速期間，輸出給電動(dòng)機(jī)的電壓，從初始轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電壓開(kāi)始無(wú)級(jí)地增加。加速度時(shí)間從0～30 s可由用戶調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)根據(jù)調(diào)試具體情況確定為19 s。在電壓升高的過(guò)程中，當(dāng)SMC Dialog Plus軟起控制器檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，輸出電壓將會(huì)自動(dòng)切換到全電壓。

3.4 人機(jī)接口（HMI）設(shè)計(jì)

人機(jī)接口由PP17控制面板和上位機(jī)組成。PP17控制面板通過(guò)PROFIBUS DP連接到S7-300控制器。PP17控制面板配備有32個(gè)預(yù)先指定的短行程鍵及彩色表面指示燈。PP17控制面板I/O點(diǎn)配置不能與開(kāi)關(guān)量輸人模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊的I/O點(diǎn)配置的起始地址重復(fù)。

上位機(jī)通過(guò)MPI通信方式連接到S7-300控制器，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，采用西門(mén)子WinCC軟件進(jìn)行上位機(jī)畫(huà)面設(shè)計(jì)。上位機(jī)畫(huà)面是按照裝置工藝和操作員的專(zhuān)門(mén)需要組態(tài)的，用以表示工藝過(guò)程狀態(tài)的顯示畫(huà)面。上位機(jī)畫(huà)面顯示的主要內(nèi)容包括工藝流程動(dòng)態(tài)畫(huà)面（如棒圖.動(dòng)態(tài)填充或趨勢(shì)窗口）、數(shù)據(jù)監(jiān)視、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、趨勢(shì)歸檔、記錄、過(guò)程及系統(tǒng)報(bào)警、報(bào)表等。

3.5 優(yōu)化控制回路

此次改造后設(shè)備良好，但是曾出現(xiàn)一次泵的電機(jī)線圈短路，頂跳斷路器的故障。之前設(shè)計(jì)為節(jié)約成本，斷路器選擇了無(wú)附點(diǎn)的型號(hào)，沒(méi)有將斷路器的狀態(tài)返回加入控制回路，造成斷路器斷開(kāi)，接觸器仍吸合，檢修人員在不明現(xiàn)場(chǎng)情況時(shí)，復(fù)送斷路器，則是帶負(fù)荷送電，易造成事故。為防止事故出現(xiàn)，利用檢修對(duì)旋流池控制系統(tǒng)優(yōu)化。每臺(tái)泵相應(yīng)增加1個(gè)控制回路，將新添控制回路的中間繼電器附點(diǎn)引入ET200下的輸入模塊IB32。將引入IB32 的I/O點(diǎn)作為控制接觸器線圈合分的控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)斷路器斷開(kāi)，相應(yīng)的軟起接觸器和工頻接觸器都分?jǐn)?，避免了斷路器跳開(kāi)，接觸器不動(dòng)作，帶負(fù)荷送電的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

旋流池控制系統(tǒng)應(yīng)用后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，泵的啟動(dòng)電流由原來(lái)直接啟動(dòng)的1 200 A降到800 A，減少了因速度突變而引起的電流過(guò)大和機(jī)械沖擊，有利于延長(zhǎng)電氣和機(jī)械壽命，實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)軟啟動(dòng)掛接2臺(tái)電機(jī)的功能，既節(jié)省空間又降低成本。該系統(tǒng)投用后，每年節(jié)約電耗15 800 kW·h，減少電機(jī)維修費(fèi)用1.75萬(wàn)元。

［1］趙成軍.專(zhuān)用泵控制軟啟動(dòng)器在酒鋼120 t轉(zhuǎn)爐中壓泵改造中的應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2011，（2）：39-40.

［2］孟彥京.基于LOGO的“一拖二”軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)造紙，2014，12（33）：42-46.

［3］喬小冬.換流閥冷卻系統(tǒng)主循環(huán)泵啟動(dòng)方式優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.電工技術(shù)，2016，（2）：69-71.

Design and Optimization for the Swirl Pool Control System

WANG Chenglong,ZHANG Guofeng,DUAN Wenyu,WANG Ye,LOU Wei
（The Maintenance Engineering Company of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

In order to improve the stability of the swirl pool control system,the S7-300PLC is used as the master system,the communication is established between ET200 stations and PP17 through the PROFIBUS-DP,the computer of the operator station is connected by MPI.The STEP7 software is applied to develop the control system.The SMC150 soft starter is applied to realize one soft starter connecting two motor’s function.The starting current of the pump is reduced to 800 A from above 1 200 A in original,and it is favorable for prolonging the life of electrical and mechanical equipments.

swirl pool;soft starter;PLC;control system

TP273

B

1004-4620（2017）02-0064-02

2016-10-14

王成龍，女，1989年生，2013年畢業(yè)于內(nèi)蒙古大學(xué)控制工程專(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為濟(jì)鋼檢修工程公司軋鋼部工程師，從事軋鋼電氣自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)發(fā)及與應(yīng)用工作。