《铝加工》 ２０１３年第５期总第２１４期 技术工程 变频器在循环水系统中的应用 吴启明。贾燕 （西南铝业（集团）有限责任公司，重庆九龙坡４０１３２６） 摘要：分析了某公司熔铸厂循环水使用现状，应用变频调速和ＰＬＣ集中控制技术，实现了循环水系统节能、高效的应用效 果。 关键词：可编程序控制器；变频器；循环水 中图分类号：Ｘ８５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ００５—４８９８（２０１ ３）０５—００４４—０５ ｄｏｉ：１ ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００５－４８９８．２０１ ３．０５．０９ １存在问题 某熔铸厂某部现有三组机组，各自均有独立 的铸造机。其配套循环水泵站电单耗居高不下， 分析认为：熔铸生产的性质和产品结构等因素， 决定了生产是间歇性的，炉次之间的间隔时间长 短不一，所以，用水是间断的，有时还有停炉的 情况。三组机组用水的时间不一致，导致用水量 ２．２节能原理 图１中曲线全角为水泵在恒速下扬程Ｈ和流量 Ｑ的特性曲线，图１中曲线２是管网水阻特性（阀 门开度为１００％）。假设水泵在设计时工作在Ａ点 的效率最高，输出流量Ｑ 为ｌＯＯ％，此时的轴功率 ＰＩ＝Ｑ Ｈ 与面积Ａ Ｈ。０Ｑ 成正比。根据工艺要求， 当流量需从Ｑ 减少ｇｌｊＱ：（例￣ｎ７ｏ％）时，如采用调 节阀门开度的方法相当于增加了管网阻力，使管 网阻力特性变到为图１中的曲线３，系统由原来 Ｈ 变化非常大。因此“不均衡”用水是主要原因。 其次，该循环水泵站设计供水能力有一定富余。 循环水系统采用人工启停的方式增减冷热水泵的 运行数量，经常出现多开泵造成电能浪费，而少 开泵影响铸造产品质量的情况。 Ｈ２ ｍ ２节能原理 ２．１解决思路 根据生产所需供给循环水，不生产时循环 水泵停止工作，就可以减少空耗，从而降低电单 耗，实现节约电能。 图１ ＨＱ特性曲线图 作者简介：吴启明（１９５５一），男，重庆人，中南大学，工业自动化，高级工程师。 收稿日期ｉ ２０１３—０６—２０ 《铝／ｊｎ－ｒ－》 ２０１３年第５期总第２１４期 技术工程 变频器分别控制两台常用水泵。如果采用一台水 泵变频，当两台泵运行压力高时，停止一台工频 泵，工频泵直接停止，会对管网的压力造成很大 的波动，而压力波动大会造成产品不合格，所以 采用两台变频器控制两台水泵，当压力大时，一 台泵先降低运行频率，当降到最低频率时，这时 水泵的出水已经很小，再停止时，管网压力波动 就很小，不会对生产造成影响。 手动模式：人工启停水泵。 自动控制方式为：冷水泵单独启停，如图３ 所示。 匠 臣 卜 ●至 巨 一 匣 图３冷水泵自动控制示意图 ３．２．２热水循环 热水循环属于开口系统，热水泵将热水输送 到冷却塔，管网出口跟大气联通，所有管网出口 压力是恒定的，只需要能达到冷却塔高度的扬程 就可以了。 将热水池和冷水池的液位采集进ＰＬＣ，将原来 的液位传感器信号的４～２０ｍＡ信号，经过变送器一 分为二，一路进原来的仪表，一路进ＰＬＣ系统，在 触摸屏上设置两个水池的高低液位值。 热水泵启动条件：冷水池液位在低液位或热 水池液位在高液位。 当冷水池液位在低液位，说明生产需要的循 环水量大，需要启动热水泵将热水池的水输送到 冷却塔冷却后自流到冷水池；热水池液位在高液 位，为防止热水从溢流口流出，热水泵需启动。 热水泵停止条件：冷水池液位在高液位或热 水池液位在低液位； 当冷水池液位在高液位，为防止冷水从溢流 图４热水泵启停示意图 口流出，浪费能源和水，热水泵需停止，当热水 池液位在低液位，为保护热水泵不损坏，热水泵 需停止。 热水泵在反复启动停止时，会对造成水池的 水质浑浊，不能达到生产要求，所以长期使用的 热水泵必须采用变频器控制，变频器可以实现水 泵的软起和软停，启动和停止过程非常平滑，对 管网和电网都没有冲击。 ３．３系统原理图 根据系统改造方案和系统的工作模式，系统 原理图如图５所示。 系统运行方式分为手动运行和自动运行，两 种运行模式有操作人员选择，手动运行一般在系 统调试或系统故障时，需要单独启动水泵；自动 运行为系统的正常运行模式，不要人为控制，系 统根据用水的变化，自动选择水泵的运行台数和 运行频率。 嚣 。 。嚣 营 骠 苗 。营 图５系统原理图 吴启明，等：变频器在循环水系统中的应用 Ｏ ２Ｏ ∞ ６ｏ ∞ — —一曲啦ｌ …’一一曲瞵２ 十 曲瞎， 图６管网压力曲线图 手动模式：每一台水泵可以单独启停，变频 水泵的运行频率可以在触摸屏上调节。 自动模式：①系统自动运行，设定管道需要 压力，自动通过ＰＩＤ调速保证输出压力恒定。② 当有一台水泵出现故障时，系统自动启动备用水 泵，做到故障自动切换并形成报表。③记录管网 压力曲线，可以对系统的负荷变化进行分析如图 ６所示。④记录水泵故障时的电流、转速和管道 压力，方便对故障原因进行分析。⑤采用ＰＬＣ控 制器，控制性能好，系统稳定性好。⑥ＰＬＣ控制 器与变频器控制，采用标准的通迅方式，控制速 度快，而且可以采集变频器的运行状态和变频器 参数。记录水泵投切时间、运行电流、电压、水 压、流量、用水量、用电量等方便查阅。⑦变频 器控制功能：过流保护、接地保护、欠压保护、 过压保护、失速保护、欠载保护、变频器低温／过 热保护、电机过热保护、输入／输出相保护等齐全 的保护功能。 ４方案实施 ４．１电机主回路改造 变频器安装好后，将变频器通电运行，确定 变频器正常运行，将电机出线连接到变频器的出 线端。 ４．２控制回路改造 将操作台安装在控制室，将变频器的控制线 路，通过穿管沿水泵房安装到控制室，控制线路 技术工程 必须采用屏蔽双绞线，防止线路的干扰，控制线 路必须和主电路分开走线。 ４．３程序编制 按ＰＬＣ控制程序安装系统的控制方式和工艺流 程进行编程，并模拟运行。触摸屏画面的组态， 按照管道工艺图和设备的分布情况来组态系统画 面和控制流程。 ４．４系统现场调试 所有设备和传感器都安装完成后，首先进行 手动调试，确定每台水泵都能单独运行，并且运 行电流和电压正常，管道无漏水，压力传感器检 测压力与管道上压力表的压力值一致后，再进行 系统自动运行调试，根据设计的程序进行系统的 联调。 ５应用效果 （１）采用变频器控制，代替原来的简单控 制，启动电流小于１．２倍额定电流。 （２）调速性能更好，变频器实现无级调速， 水泵运行更可靠。 （３）管网压力更稳定，管网压力波动小，对 生产用水更稳定，管网寿命更长。 （４）节能效果明显，水泵跟随负荷的变化而 调速，水泵的运行数量根据用水量来决定，实现 系统的节能高效运行。 （５）系统实现自动化管理，无人值守。采用 触摸屏监控，人员操作更简单，更直观。 （６）系统保护功能更完善，变频器对水泵的 保护功能强大，触摸屏上随时监控系统的运行和 系统的报警。 （７）根据实际的运行效果，改造前循环 水电单耗为３１ＯｋＷｈ／ｋｔ，改造后循环水电单耗 降为２４０ｋＷｈ／ｋｔ，降幅达２３％，每年节约电量 ５ ｘ １０ ｋＷｈ 《铝加工》 ２０１３年第５期总第２１４期 技术工程／专利荟萃 ６结束语 循环水系统采用低压变频和ＰＬＣ自动集中控制 给，节能效果显著。循环水系统实现了自动控制 和无人值守。 技术，整个循环水系统水压稳定，水量按需量供 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｎ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｕ Ｑｉ－ｍｉｎｇ．ＪＩＡ Ｙａｎ （Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｆｏｒ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｍｐａｎｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｕｓｅｄ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｆｏｒ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ 一种铝型材加工模具 中国专利ＣＮ２０１ １２０３６３４８８．６ 本专利涉及一种铝型材加工模具，主要是由上模板和下模板组成。上模板上设置有多个螺孔和可插人螺孔中的多个套 筒，套筒内放置有限位杆，限位杆的头部进入该套筒。在限位杆下面设置的外螺纹可连接到下模板的螺孑Ｌ中，用以固定上 模板和下模板；所述上模板上设置有多个冲座及冲杆，冲杆深入下模板上设置的多个模座的冲孔中。本实用新型的加工模 具可适应多种不同铝型材的加工，适当减少了加工模具的使用数量和更换数量，可由单～下降冲程，同时冲置铝合金型材 的上下两面。 高疲劳强度的铝合金铸件及其生产方法 欧洲专利ＥＰ１５２４３２４ 本专利提供了一种耐疲劳强度优异的铝合金铸造材料，它的主要化学成分（ｗｔ％）如下：４～１２Ｓｉ，＜０．２Ｃｕ，０．１～０．５Ｍｇ，０． ２ ３．０Ｎｉ，０．１—０．７Ｆｅ，０．１５ ０．３０Ｔｉ，余量为铝。这种铝合金的显微组织由０【一Ａ１基体的呈网状骨胳相等组成。基体可通过含镁 的化合物沉淀析出而强化，所以它具有较好的抗疲劳强度。 改善铝合金熔液的流动性和充型性的方法 日本专利特愿１ １－０９１４４５ 铝合金在金属型重力浇注时，由于冷却速度快，铝液的浇注温度高，从而在液面上易形成表面张力大的氧化膜，对于 薄壁、复杂型腔的填充十分困难，而采用压力铸造、低压铸造等方法，设备复杂，成本较高。本专利提供了一种铝液表面 张力小、流动性大为改善的铝合金浇注工艺，即在金属型表面形成一层镁氮化合物、浇注时铝液与它接触并进行反应，而 产生大量热量，从而可以在低温下浇注的新工艺。 铝热还原制备ＡＩ—Ｓｃ合金的方法 中国专利ＣＮ２００４１０ｏ４６９１５．２ 该方法以Ｓｃ２０３为原料，用ＮＨ４ＨＦ２、ＮａＦ和碱金属的氯化物为氟化剂、助熔剂和熔剂，金属铝为还原剂并作为合金 的主要成分。在氧化铝或石墨坩埚内，升温至８５０￣Ｃ～１１００℃，保温一段时间后，浇铸成锭，即得Ａｌ—ｓｃ合金。该合金含 Ｓｃ１％～３％，Ｓｃ＋Ａ１＞９９％，并含有少许的Ｆｅ、ｓｉ、Ｃａ、Ｃ和Ｆ，分别＜Ｏ．０５％。Ｓｃ的收效率大于８０％。该方法工艺极其简单可靠， 杂质含量低，性能优良。其合金适用于铝、镁及各种精密合金的添加剂，可显著提高其性能。
