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1、加热炉供油系统恒压变频控制改造摘 要：秦皇岛首钢板材有限公司加热炉原供油泵电气控制系统采用继电器控制，油泵电机工频运转，供油量及压力大小通过管路上手动调节阀调节，操作困难并且给油量及压力大小不易控制，经常出现燃油堵枪、加热炉冒烟故障频繁发生。针对以上存在的问题，对供油设备电气控制系统进行恒压变频控制改造。通过稳定供油压力来提高控制系统的稳定性，极大改善了操作工艺并达到节能降耗的目的。关键词：供油泵、自动调节、PID仪表、变频器一、加热炉供油系统概述及缺陷分析1、加热炉供油系统概述我公司有三座钢坯加热炉，加热燃料主要为重油和煤焦油，供油系统由两台供油泵（一用一备）通过供油管道向三座加热炉供油，每
2、台油泵由型号为Y160L-4、功率15KW的电机拖动，电机长期工频运转。2、原供油控制系统存在的缺陷1)系统压力过高容易引发事故：加热炉点火初期，所点油枪数量少，一旦发生燃油堵枪则会导致供油管道压力升高，如果压力调整不及时，管道压力过高容易造成密封垫、管道阀门损坏，甚至出现重油外流引发火灾，同时管道压力过高时，电机处于工频状态下运转，易导致电机发热和泵体损坏，在一定程度上影响了生产的安全和稳定，对调火人员人身安全构成威胁。2）供油压力不易控制：由于供油泵电机工频运转，输出功率不发生变化，供油压力及供油量的大小只能依靠人工去调节管道上手动调节阀的开口度来实现，致使供油压力波动较大，要及时将供油压
3、力调整到当前生产需要的压力值时很困难，并且供油压力也不易保持稳定。3）电机工作效率低，能源损耗大：当加热炉处于保温或降温状态时，用油量减少，但由于原系统采用接触器控制，电机无法实现调速，电机长期处在工频运转状态下，既影响了电机寿命又造成了电能的浪费，同时由于控制油压是通过操作人员手动去调节阀门来实现，不能做到准确及时，就会造成燃料不同程度的浪费。二、新控制系统改造实施方案针对原设备电气系统存在的缺陷，并结合改善操作工艺满足自动化生产需要的要求，对原供油泵控制系统进行恒压变频改造。改造后一台西门子变频器控制一台油泵电机，控制分手动/自动两种运行状态。本控制系统由压力变送器、PID控制仪表、变频器
4、组成实现闭环控制，实现对加热炉供油管网的恒压变频供油控制。1、控制系统工作原理1）、工作原理简述：在自动运行方式工作时，PID控制仪表设定实际工作压力值，通过压力变送器将供油管网的压力信号转换成电信号，传送给PID控制仪表，作为仪表的反馈信号，经过处理后输出做为变频器给定Uk，调节输出频率，实现电机变频变速，使实际值逼近设定值，直到系统稳定；在手动运行方式工作时，可以在仪表上进行手动/自动切换，然后再根据人为需要手动调节仪表的输出值来控制变频器的速度，使电机转速达到需要的速度,满足特殊要求。整体系统结构图见图1： 2）、PID控制调试：控制系统采用在三座加热炉供油管路上分别安装压力变送器，用来
5、检测管网中的供油压力，并将其转换成PID控制表所需要的4-20mA电信号，通过转换开关将信号接入PID控制表。PID控制表采用DY21GAPI266P型比例给定PID调节数字/光柱显示表，它的主要特点包括：自动/手动能做到无扰切换，目标值为外给定，并可预设比值，PID参数可以自整定或人工整定，还可以在传感器断线时自动输出安全阀值等。系统工作情况如图2所示：3）PID原理工作说明：图2中XT为目标信号（设定值），其大小与所需求的供油油压相对应，XF为压力变送器的反馈信号。则变频器的给定Uk的大小由合成信号（XT-XF）决定。如油压高于目标值，则XFXT（XT-XF）0变频器的给定Uk变频器的输出
6、频率fx电动机转速nx供油油压下降，直到与所要求的设定值相符为止。反之如油压低于目标值，则XFXT（XT-XF）0变频器的给定Uk变频器的输出频率fx电动机转速nx供油压力下降，直到与所要求设定值相符为止。4）实际调试过程：先将压力传感器所测管道压力信号引入PID控制仪表的反馈端，作为XF，压力变送器选用量程0-1Mpa，对应输出4-20mA，供油压力一般设定为0.4 Mpa，所以我们输入目标值为40%作为XT。仪表综合了给定信号及反馈信号后，通过PID自整定功能进行调节，向变频器输出处理后的4-20mA电信号Uk来控制变频器的运转频率。但在实际生产中，由于受管路压力传输损耗等其他方面因素影响
7、，自整定的比例积分参数不能使系统达到稳定状态，所以还要对仪表进行人工整定，将PID调节中比例参数P修改为50（自整定为30），提高了系统的反应速度，积分时间I修改为100S（自整定为60S），提高积分时间保证了系统的稳定性，由于不需要对偏差提前进行调整，所以未设置微分D环节，将微分时间设定为0。变频器接收仪表输出信号Uk来调节输出频率，进而实现电机转速调节，保证供油量的稳定。5）变频器参数调整：变频器是整个系统的执行环节，它将PID仪表输出Uk作为自身的给定信号，利用变频器模拟量输入端口15、16接收，选择P632=4为4-20mA电流信号输入，对应输出频率FX为0-50HZ。由于在仪表与压力
8、变送器已经形成闭环控制，输出的Uk是经过合成信号（XT-XF）偏差来调整，引入积分环节使KP（XT-XF）对时间的积分成正比，即使（XT-XF）突然增大（或减小）很多，但Uk只能在积分时间内逐渐增大（或减小），这就使Uk始终处于稳定状态，所以在变频器内采用开环控制，设定P100=1，即V/f控制方式。利用变频器开关量输入端口9，设定P554=22做为起动信号输入，端口7，设定P565=18做为变频器故障复位，利用变频器开关量输出端口4、5，做为变频器运行信号和故障报警输出，利用模拟量输出端口19、20，21、22，输出电流和运转频率供仪表显示。供油泵电机为15KW，额定电流30.1A，我们选用
9、西门子变频器型号为 6SE7026-OED6，输出电流为59A。变频器输出电流约为2倍电机电流的原因是：考虑倒泵时运行电机要克服备用油泵起车时带来的反向压阻，防止变频器过载跳闸。具体参数设置见参数表：参数表参数名称参数值参数意义P09510IEC国际标准异步电机P1001V/F控制P101380V电机电压P10230.1A电机电流P12859A最大输出电流P44311模拟量给定通道P46210S加速时间P46410S减速时间P55422起车信号P6324选用4-20mA电流信号P56518复位指令P643.122输出电流P643.2148输出频率P652.1107输出故障P653.1104运行
10、指令6）变频器控制电路：主回路部分在变频器之前安装了过流保护的断路器，通过接触器将电源送到变频器，故障情况下对接触器做分断控制将主电源断开。 为确保系统控制可靠，防止控制信号受到干扰，信号处理均采用隔离引入措施，使用双绞屏蔽电缆并双端接地。变频器的运行、故障状态通过开关量输出继电器控制指示灯和报警铃，将电流、频率数值通过模拟量输出接口外接数显表显示出来 ，使操作人员能够随时清楚得观察到变频器运行的状态。2、设备改造后的完善1) 在实际生产过程中，我公司供油泵同时给二台加热炉供油，由于二台加热炉内部工作状况相似，因此油压信号取自其中一台加热炉压力传感器，所以曾出现过其中一台加热炉由于发生紧急事故
11、需要停止供油，而压力传感器信号正取自本加热炉压力，如果操作人员未将信号转换开关及时切换到另一台加热炉压力传感器上时，就会将过低的压力信号反馈至PID调节表，从而使输出增大，变频器输出频率加大至最大频率，使油压升高，长时间过高油压会导致管路连接器件密封损坏，造成漏油引发火灾。对此我们在供油管路上又加装了电接点压力表，设置压力上限值加以保护，当到达压力上限时，通过电接点自动控制变频器处于紧急停车状态，压力过高信号接入变频器开关量输入端口8，设定参数P558=20，做为变频器紧急停车功能，防止操作不当所造成得设备事故。2) 另外在日常生产中还发现这样一个问题，当燃油喷枪使用数量很少的情况下对喷枪油量
12、进行调整时，系统压力波动会很大，压力瞬时峰值会达到设定的上限值，从而导致变频器出现过电压保护跳闸，而油介质的粘稠也会使PID调节作用不能立刻发挥。基于以上问题，本系统又增加延时时间控制，通过延时躲开震荡峰值，使整套自动控制系统更加完善。图3中： 油泵电机额定功率为15KW， 额定电流30.1A，电压380VAC西门子变频器型号为 6SE7026-OED61 输出电流为59A。三、改造后系统的特点1、工作稳定、压力平稳 系统由PID调节表加变频输出调节，组成闭环控制，可以在设定的压力下稳定运行，使加热炉供油量长期持续平稳，确保了加热质量。2、运行合理、可靠性高 PID调节表在传感器断线时有自动输
13、出安全阀值的功能，可以保证在反馈信号断线情况下，通过设置了低安全阀值保证变频器正常工作，避免因缺油而造成的堵枪事故，从而使整个系统控制运行可靠、稳定。3、操作方便、保护完善 整套供油控制系统的改造，极大地改善了原系统由操作工手动调节管路阀门的工作强度，提高了工作效率，也提高了供油的稳定性和准确性。另外，通过仪表和指示灯、报警铃的显示，使操作人员可以随时观察到供油泵的运行状态，保证了系统异常情况下操作人员能做出准确的判断，从而使生产能顺利进行。4、节能降耗、节能减排 恒压变频控制使电机和油泵的平均转速下降，轴上输出扭矩和机械磨损减小，电机和油泵使用寿命大为提高，电机电耗和工频运行时相比较大大降低，达到了节能降耗的目的。结束语改造后的供油泵自动控制系统能够自动判断加热炉燃油使用情况，并及时对供油压力进行自动调整，不仅使操作人员的劳动强度大大降低，提高了工作效率，并能有效地防止管路中过高压力造成的设备及人员事故，同时能达到供油量的持续平稳，保证了加热炉的加热质量，整个系统操作简便，保护完善，为企业的顺利生产提供了保障。参考文献： 1、通用变频器及其应用 机械工业出版社2、西门子6SE70系列变频器说明书 3、福建东辉数显大延表使用手册 6
