变频调速与plc水位控制在消防水系统中的应用.docx

变频调速与 PLC 水位控制在消防水系统中 的应用 (广东韶关冶炼厂 热电车间，广东 韶关 512024) 摘 要：文章针对现场消防水控制的特点，分析了其存 在 的问题，提出采用变频调速技术与消防水箱水位的自动 控制改造，以提高使用消防水的可靠 性。 关键词：消防水泵控制；变频调速技术；韶关 中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号： 10076921(XX)01010102 广东韶关冶炼 厂热电车间消防水系统是水消耗的较大 一部分，机组现场水使用的是循环水，现场主要使用 的有 燃料皮带运输冲洗、渣池降温、送引风机轴承降温和其他 用水和现场紧急用水，因此如 何提高水泵的运行效率，确 保水源显得尤为重要，为此对消防水泵进行了变频改造。 1 原消防水控制存在的问题 原消防水系统有如下问题：车间用水量随时间和生 产突发事件变化而变化，车间不可能掌 握。传统的控制 方式，造成水泵频繁启动，经查阅现场记录平均为半小时 启动一次，调节 水泵水压需调节出口或人口闸阀来保持， 大大增加了运行工的劳动强度。水泵频繁启动，增加了 对水泵的机械冲击，并且设备长期处于高速、满负荷状态 下运 行，会引起泵组和阀门震动，不仅操作困难而且容易 损坏，因此维护工作量大，设备寿命低 ，并且运行现场噪 声大。消防水泵均为定速泵，泵的出水量需要不断调节， 在传统的水泵控制方式中，调节出 水阀方式来进行，人为 增加管网阻力来调节流量的运行方式，不仅使水泵出口压 力升高，而 且出口阀受冲击，易形成“水锤”现象，泄露 量加大，而此时水泵的特性曲线不变，叶片转 速不变，电 机输入功率并无减少，而是白白地损失在调节过程中，其 实际的运行效率低，机 泵的运行效率降低，节流功耗很大。 2 设备概述 车间消防水泵为离心水泵，离心水泵参数如下： 3#消防水泵型号 IS8050200，流量 Q=60m3/h，扬 程 H=45.2m，所配电机 Y160M22，电 压 U=380V，功率 P=15kW，电流 I=29.4A，转速 n=2930r/min。1#、2#消防 水泵型号 IS8050 200，流量 Q=60m3/h，扬程 H=45.2m，所配电机 Y180M2，电压 U=380V，功率 P=22kW，电 流 I=42.2A，转速 n=2940r/min。 变频改造在 3#消防水泵上进行，在离心水泵前加装变 频调速系统和 PLC 进行调速控制，而离 心水泵和电机仍为 原设备，联锁改造 2#消防水泵，使用变频调速与消防水池 水位控制后，阀 门保持全开状态，通过调节变频器的输出 频率改变电机的转速，实现了恒定压力，保持消防 水池水 位，达到较好的运行效果。 3 变频调速与 PLC 水位控制的改造 3.1 变频器与 PLC 控制改造的确定 根据广东韶关冶炼厂热电车间的具体情况，对车间的 消防水泵控制主回路、水池水位控制仪 做了改进。 3.1.1 在主厂房顶的消防水池 7.1m6m1.8m 内增设 水位传感器一套，信号控制线连接 至泵，水位控制仪装在 控制配电台，当检测到消防水池水位低的信号时，系统发 出报警信号 ，并启动设备运行，当检测到消防水池水位高 的信号时，停止设备运行，变频改造与水池水 位控制采用 PLC 控制于 XX 年和 XX 年两次进行了改造。 3.1.2 广东韶关冶炼厂热电车间消防水系统是由一台 变频泵和 2 台工频泵构成，通过一专 用水位控制设备控制 泵的职守和自启动，其中根据消防水水池水位自动控制， 保持充足的水 ，一旦发生火灾，消防水水池水位降低，变 频泵低速运行不能满足要求时，启动高速运行或 自动启动 工频泵，保持充足的水；用水停止则水位回升，自动停止 工频泵。原生产现场供水 系统的构成不能满足上述要求， 进行了软硬件的改造：在发生火灾事故启动生产现场系统 时 ，生产现场泵能够按照要求自动运行，保证足够的消防 水，确保生产现场系统及时发挥作用 。我们认真研究了设 计图纸和变频柜的随机图纸，并确定了在原设计基础上的 改造方案，增 加若干电气元件，根据水位和频率是否到达 某一预定的数值来确定是否启动或停止备用电动 机，根据 这一原则，我们提出了设计方案：将原电路继电器电气 元件控制改为三 菱 FX2-48 MR 型 PLC 控制，根据水位值来 确定变频泵是否启动低速或高速运行, 根据变频泵故障情 况确 定是否启动备用机。在原电路中只增加水位控制点， 来改变变频器参数值，使变频器在频 率到达一定数值时， 变频器采用富士电机公司生产型号：FRN15G11S- 4。 740)this.width=740“ border=undefined onmousewheel=“return zoom_img(event,this)“ 通过对电路的改造，一台变频电动机和工频电动机可 以实现互为备用，基本满足生产现场供 水系统的要求，变 频器作为一种较为先进的电力设备，对各种故障的保护都 比较灵敏在故障 情况下，达到不仅在变频器柜上有指示， 在较远的操作室也有声光报警措施，给生产现场供 水系统 的可靠运行提供保障。 3.2 PLC 控制原理 变频器只完成 3#消防泵的调速功能，逻辑控制由 PLC 完成，PLC 负责处理各种信号的逻辑关系 ，从而向变频器、 备用泵发出启动、停止等各种信号。 740)this.width=740“ border=undefined onmousewheel=“return zoom_img(event,this)“ PLC 控制变频器的多段频率选择端子改变 3#消防泵的 运行速度，正常工作可手动和自动控制 ，X0、X1、为手动 启动和停止按钮，可手动和自动启动中水位，PLC 控制变频 器 37Hz 低 速运行，当低水位时，PLC 控制变频器 50Hz 高 速运行，当高水位时，断开变频器或 2#消防水 泵，当中水 位和低水位变频器故障不能启动时，延时启动 2#消防水泵， 并报警提示。 在调试过程中，发现输入的信号会发生“抖动”，PLC 不会自动识别，直到稳定后才会被发 觉或消除，我们在软 件设计时，充分考虑到可能发生的问题，采用软件措施错 误检测延时判 断法，当高水位开关信号输入时，因水流波 动造成高水位信号输入不稳定而产生“抖动”出 现假水位， 原继电器触点产生瞬间跳动，将引起控制误动作，因此在 信号输入端设计中增加 防“抖动”程序，采用延时执行方 式，延时后信号仍不消失，则执行动作，可使 PLC 的运行 可靠性大大提高。 3.3 变频器保护定值设置 变频器自身设有完善的保护，如： 3.3.1 过载保护：当变频器主电路半导体元件的温度 保护，按变频器 150%额定输出电流 1 min(反时限特性，也 就是过载电流愈大，容许电动机持续运行的时间愈短)，超 过保护则动 作停机。 3.3.2 过电流保护：当器输出侧发生短路或电动机堵 转时，变频器将流过很大的电流， 从而造成电力半导体的 损坏，为此设置过电流保护。当电动机电流 1min 超过额定 电流的 110% ，变频器输出电流 0.5s 超过电动机额定电流 200%，保护动作停机。 3.3.3 过电压保护：当电动机减速或制动时，电动机 将通过的作用，将变频器输出侧的 交流电变换成变频器直 流侧的直流电，从而使变频器直流侧的直流电升高，输入 侧电压超过 额定电压 110%或直流侧电压超过 800VDC 数值 时，有可能击穿滤波电容或电力半导体器件，造 成变频器 损坏，保护动作变频器停止运行。 3.3.4 欠电压保护：当变频器的输入电压低于额定电 压的 75%时，或检测每个功率模块的 直流母线电压低于 400VDC，保护功能动作。 3.3.5 变频器功能设定：按生产实际运行要求测试， 确定常用泵连续低速运行变频器的 输出频率为 37Hz 即可 满足正常生产要求，高速运行频率设定 50Hz，设定如下： 运转指令选择外部程序运行设定。 E01=0。E02=1。C05=37Hz。C0