SINAMICS V20变频器恒压供水系统的设计及在高温烧结炉中的应用

2019-02-15涂昌银杨勇董传怀

科技与创新 2019年1期

涂昌银，杨勇，董传怀

涂昌银，杨勇，董传怀

（中国工程物理研究院材料研究所，四川绵阳 621907）

通过变频恒压供水系统原理及组成结构，提出了采用西门子V20变频器实现恒压供水，此设计结构简单，运行稳定可靠，节能效果好。经使用证明，该系统具有高度的可靠性，极大地提高了高温烧结炉冷却水的供应质量，并且减少了人为因素的影响，具有较好的经济效益。

V20变频器；恒压供水；自动控制；高温烧结炉

1 概述

随着社会的进步与工业的发展，各种高温烧结炉应运而生，对冷却水供应质量越来越高，再加上目前水资源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势。恒压供水控制系统的技术方案比较成熟，实现方法也比较多，有单片机控制、人机界面和PLC整合应用[1-2]等，其原理和控制思路都是采用水压反馈控制。本文采用西门子V20变频器闭环PID控制，主要体现V20变频器集成应用技术方案，能提供完善的自动化系统。

2 系统设计

2.1 恒压供水原理

恒压供水原理如图1所示。根据高温烧结炉工作要求设定给定水压力（单位为MPa），通过电位器（4.7K）设定需要的压力给V20变频器，压力变送器采集实际压力值给压力反馈仪表（XMT607智能变送仪），压力反馈仪表通过此压力转换成0～20 mA的信号给V20变频器，V20变频器连接宏Cn008-PID进行自动调节。控制变频器拖动水泵电机输出不同转速，达到调节供水管道压力的控制效果。恒压供水原理图如图1所示。

图1 恒压供水原理图

图2 连接宏Cn008-PID控制与模拟量组合

2.2 V20变频器连接宏Cn008-PID控制原理

V20变频器通过电位器设置固定的压力目标值，使用0～20 mA管道压力反馈构成的PID恒压供水系统。连接宏Cn008-PID控制与模拟量组合如图2所示。

V20变频器各参数、功能、设定值如表1所示。通过反复调试各个参数，可达到需要的设计值。

3 恒压供水系统应用实例

工厂有三台高温烧结炉，是工厂关键产品生产的重要设备，高温烧结炉冷却采用的是自来水，高温炉的冷却水压力要求在0.2 MPa，当一台高温炉工作时，自来水压力符合要求，但当三台炉同时工作就满足不了压力要求，所以，在此基础上增加了一台增压泵，是全压启动，虽然解决了压力问题，但压力不可控制，而且还浪费水，压力靠人为去调节每台炉子进水阀的大小去控制水压（0.2 MPa）。冷却水进出控制管路如图3所示。

表1 V20变频器主要参数

参数功能设定值备注 P0010调试参数30出厂设置 P0970工厂复位1参数复位 P0304[0]电机额定电压/V380电机铭牌上的值 P0305[0]电机额定电流/A8.30电机铭牌上的值 P0307[0]电机额定功率/kW4.00电机铭牌上的值 P0310[0]电机额定频率/Hz50.00电机铭牌上的值 P0311[0]电机额定转速/rpm2 900电机铭牌上的值 CnXXX连接宏-Cn008PID控制与模拟量参考组合 ApXXX应用宏-Ap010普通水泵应用 P1080[0]最小频率/Hz5 P1082[0]最大频率/Hz50 P0003用户访问级别3专家访问级别 P0010调试参数1快速调试 P3900快速调试结束3仅对电机数据快速调试结束 P1900选择电机数据识别2静止时识别所有参数 P0756[0][1]模拟量输入类型2单极性电流输入（0～20 mA） P0757[0][1]模拟量输入定标[0]0.00 [1]3.90模拟量通道2 P0761[0][1]模拟量输入死区的宽度[0]0.00 [1]3.90模拟量通道2 P0753[0][1]模拟量输入的平滑滤波时间（ms）[0]10 [1]300可减少信号抖动，延迟对模拟量输入的响应 P0701[0]端子DI1使用BIC0连接功能99自由停车 P0840[0]端子DI1设置为启动使能722.0自由停车 P0852[0]端子DI1设置为脉冲使能722.0自由停车 P2280比例增益2PID P2285积分时间/s3.5PID P2365[0]休眠使能1休眠模式 P2366[0]电机停止前延时/s5休眠模式 P2367[0]电机启动前延时/s2休眠模式 P1080最小频率/Hz5低于此频率变频器停止输出

西门子V20变频器控制高温烧结炉冷却水管路如图4所示。在原来手动控制烧结炉冷却水基础上，提出了循环水恒压供水，利用西门子V20变频器恒压供水系统解决这个问题，此系统通过电位器设定需求压力（0.2 MPa），无论一台高温烧结炉工作还是二台、三台都可自动调节压力，保证在设定的压力值下运行。