黃 波

(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司)

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銅街大溝尾礦庫(kù)回水節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

黃 波

(云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司)

原銅街大溝尾礦庫(kù)回水采用三菱FR740變頻器進(jìn)行開環(huán)控制，造成二級(jí)泵池的水溢流返回尾礦庫(kù)，導(dǎo)致水、電成本大幅上漲。為此，決定采用原二級(jí)泵站艾默生DCS系統(tǒng)，通過(guò)在泵池上加裝超聲波液位計(jì)，采用Modbus RTU數(shù)字通訊技術(shù)，構(gòu)成一主站三從站的PID閉環(huán)控制網(wǎng)路，對(duì)3臺(tái)三菱FR740變頻器進(jìn)行節(jié)能控制，實(shí)現(xiàn)了3臺(tái)變頻器負(fù)荷曲線的歷史查詢、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)泵池恒液位控制，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了回水成本。

變頻器 超聲波液位計(jì) 尾礦庫(kù)回水 節(jié)能

為適應(yīng)國(guó)家環(huán)保需求，云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司要求企業(yè)生產(chǎn)用水盡可能使用工業(yè)回水。長(zhǎng)期以來(lái)，尾礦庫(kù)水送回車間使用都是采用人工調(diào)節(jié)頻率的方式，但由于兩個(gè)泵站相隔較遠(yuǎn)，看不見水池液位，送上泵池的水長(zhǎng)期溢流返回尾礦庫(kù)，使回水成本遠(yuǎn)比使用水庫(kù)中的新水高。因此，決定對(duì)水泵采用恒液位節(jié)能方式控制，以便達(dá)到節(jié)水、節(jié)電的目的。

1 尾礦庫(kù)概況

云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司是集采礦、選礦、冶煉為一體的大型國(guó)有控股企業(yè)，銅街大溝尾礦庫(kù)2013年建成，匯水面積17.25 km2，右岸坡度較陡(35°～50°)，左岸坡度稍緩(10°～35°)，庫(kù)內(nèi)平均縱坡13.5%，位于新田選廠東南面約5 km的銅街大溝內(nèi)。該尾礦庫(kù)初期壩是在原銅街大溝尾礦庫(kù)初期壩的基礎(chǔ)下游擴(kuò)建，按照新田選廠20 a生產(chǎn)服務(wù)期設(shè)計(jì)，最終堆積標(biāo)高1 140 m，尾礦壩最大壩高160 m，總庫(kù)容3 548萬(wàn)m3，有效庫(kù)容2 909萬(wàn)m3。一級(jí)泵站浮船位于尾礦庫(kù)岸邊，浮船上的裝備主要有3臺(tái)三菱FR740變頻器驅(qū)動(dòng)3臺(tái)160 kW的電機(jī)，通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器的控制供水流量和壓力，對(duì)二級(jí)泵站的水池供水，由于尾礦庫(kù)到二級(jí)泵站的高差較大，一二級(jí)泵站之間的距離較遠(yuǎn)，二級(jí)泵站水池液位控制困難，造成水池長(zhǎng)期溢流。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

采用PID閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制?？刂葡到y(tǒng)主要由信號(hào)采集、運(yùn)算輸出、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

黃 波(1980—)，男，工程師，663701 云南省文山州馬關(guān)縣都龍鎮(zhèn)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 信號(hào)采集部分

采用西門子的sitrans PROBE LU超聲波液位計(jì)對(duì)二級(jí)泵站的水池液位進(jìn)行測(cè)量，液位計(jì)參數(shù)設(shè)置:P001測(cè)量模式-1(物位)、P003測(cè)量響應(yīng)-2(中等)、P005單位-1(m)、P006零點(diǎn)-(2.5 m)、P007量程-(2.35 m)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水池液位的測(cè)量，通過(guò)4～20 mA將測(cè)量出來(lái)的信號(hào)傳送到DCS的模擬量輸入模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，完成了控制信號(hào)的采集。

2.2 運(yùn)算輸出

由于配電室與浮船相距有1.5 km，為了減少電纜的使用量和獲得精確的數(shù)據(jù)信號(hào)，決定采用Modbus RTU方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)兩個(gè)光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換后由光纖連接，DCS定義為Modbus RTU主站。主站DCS配置了兩塊電源模塊、兩塊CPU模塊進(jìn)行冗余、兩塊AI卡、兩塊AO卡、3塊DI卡、兩塊DO卡和一塊串口卡，在艾默生DCS軟件DeltaV中進(jìn)行硬件卡件組態(tài)、程序編寫、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集。

DeltaV串口卡件組態(tài)，從DeltaV Explorer訪問(wèn)端口的屬性：Physical Network-Control Network-CTLR-I/O-P01-Properties，在Port選項(xiàng)中選中Enabled以啟用通訊端口；在Advanced選項(xiàng)中選擇RTU協(xié)議類型，Modbus Master模式；在Communications選項(xiàng)中選擇RS422/RS485半雙工，波特率為9600，校驗(yàn)位為無(wú)，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1。右鍵點(diǎn)擊P01選擇New Serial device，創(chuàng)建3臺(tái)設(shè)備，分別定義Device Address為2、3、4，即為3臺(tái)變頻器的Modbus地址[1]。

創(chuàng)建New dataset，在General選項(xiàng)中選擇數(shù)據(jù)類型為input;Deltav中選擇16 bit int w/status；PLC選項(xiàng)中選擇holding registers、PLC base register40001、offset200、Number of 16，完成DCS的硬件配置。

DeltaV的程序編寫，通過(guò)查閱三菱FR740變頻器的通訊手冊(cè)發(fā)現(xiàn)，變頻器的控制輸入命令存于40009，運(yùn)行頻率存于40014，輸出頻率存于40201中，輸出電流存于40202中，輸出端子狀態(tài)存于40216中，通過(guò)程序編寫，實(shí)現(xiàn)對(duì)3臺(tái)變頻器調(diào)速、啟停，讀取轉(zhuǎn)速、電流和狀態(tài)信號(hào)。程序功能見圖2所示。

圖2 程序功能

2.3 執(zhí)行驅(qū)動(dòng)

執(zhí)行驅(qū)動(dòng)由一對(duì)型號(hào)為UT-277SM的485轉(zhuǎn)光纖的收發(fā)器和3臺(tái)型號(hào)為FR740的變頻器構(gòu)成，3臺(tái)變頻器分別作為Modbus的1#、2#、3#從站，并按照通訊接線(圖3)。

圖3 通訊連接

變頻器通訊參數(shù)設(shè)置：Pr331通訊站號(hào)分別對(duì)3臺(tái)變頻器設(shè)置為2、3、4，與DCS程序里的站號(hào)相對(duì)應(yīng)，Pr332通訊速率9600，Pr333通訊停止位1，Pr334奇偶校驗(yàn)設(shè)為偶校驗(yàn)，Pr549選擇協(xié)議設(shè)置為ModbusRTU，Pr551PU模式操作權(quán)選擇2。完成3臺(tái)變頻器的硬件連接和軟件程序設(shè)置[2]，實(shí)現(xiàn)了3臺(tái)變頻器的DCS遠(yuǎn)程PID自動(dòng)控制，達(dá)到了恒液位控制的目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)改造，實(shí)現(xiàn)了銅街大溝尾礦庫(kù)浮船變頻器PID恒液位的DCS遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，可以實(shí)時(shí)觀看3臺(tái)變頻器和二級(jí)泵站液位的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，每月節(jié)約了10 000 kWh的電量消耗，降低了車間的生產(chǎn)成本，達(dá)到了改造的預(yù)期效果。

[1] 李占英.分散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)及其工程設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2015.

[2] 鄭鳳翼.輕松解讀三菱變頻器原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

2016-09-23)