变频器在三级排泥泵中的应用

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变频器在三级排泥泵中的应用
【摘要】介绍Schneider变频器在矿山排泥加压系统中的应用情况,在提高排泥效率、减少故障停机时间和维护时间方面起到的关键作用。

【关键词】变频器;排泥系统;PLC
引言
某矿山部排泥加压站是矿山生产流程中重要的一环。

洗矿产生的泥浆经浓密机浓缩后,由渣浆泵打入搅拌槽中,再经三级排泥泵加压,输送至尾矿库。

由于生产过程中浓密池中的泥浆浓度不断变化,泥浆由渣浆泵打入搅拌槽的速度也不断变化,为了使搅拌槽中的泥浆液位保持在一个比较稳定的位置,从而达到泥浆进出搅拌槽的动态平衡,避免造成泥浆过满溢出或泥浆过少空槽,就要随时调节排泥加压泵的出力。

用变频器来实现泵的无极调速,具有调速范围宽、效率高、节能、减少电流谐波等优点,而且对电机的启动与运行起到监控和保护作用,能提高电机和泵的使用寿命,更方便的是通过PLC来控制变频器,实现了自动化。

1排泥加压系统生产运行及设备情况介绍
排泥加压系统如图1所示,这样的系统共有4组,按照生产要求,在正常开机情况下,2组投运,2组备用,并可根据实际生产需要增减投运数量和互相切换,以确保尾矿泥浆连续送出。

尾矿库距离为4.5公里,扬程是90米,每一组三级排泥泵的一、二、三级泵各由一台250kW三相异步电机拖动,一、二级排泥加压泵的电机不使用变频器调节,以软启动器起动后就匀速运行,经过二级加压后管道压力在1.8MPa左右,只在第三级加压泵电机装配一台变频器,第三级泵加压后管道内压力达到2.3MPa左右。

所选的变频器为Schneider变频器,型号为ATV61HC3IN4 ,它技术先进、质量优秀,操作简单,易于维护,对电机短路、过热、过流、欠压、过压、欠载、过载、零流速检测、缺相具有很强的保护功能,而且通过Modbus plus 通信卡的RJ45接口与网关连接,再由网关接入PLC的1794-AHR15通讯模块,从而达到PLC对变频器的自动控制。

图1 三级排泥加压泵系统原理图
在正常情况下,三台泵全开,则裕量过大,不但排泥管道压力过高造成能源的浪费,也会导致搅拌槽内泥浆液位过低甚至空槽,使系统达不到平衡,生产不能稳定运行。

所以采用这样的系统,其优点是显而易见的,如果不使用变频器,生产不能稳定运行;而如果泵的电机都加装变频器的情况是,虽然每级泵和电机都得到了更好的运行条件和保护,但变频器价格昂贵,不经济。

2 自动控制系统
本系统自动控制的核心是PLC,采用的设备是Allen Bradleyd-1794,它具有
可靠性高,稳定性好,抗干扰能力强,安装简单,应用广泛灵活等优点。

2.1 自动化控制系统的工作原理
排泥加压系统三级泵运行时,在某组搅拌槽上安装的超声波液位计将采集到的液位信息以4~20mA的信号传给PLC的模拟信号输入模块1794-IE12,PLC 接收搅拌槽液位计传来的液面数据以及液面上升和下降速度的数据,经过与预先设定值处理、比较,得到二者之间的差值,通过PID调节模块的计算处理,输出4~20mA的模拟信号,再由连接在PLC上的网关通过Modbus总线输出将信号传输给变频器,变频器将接受到的控制信号转换为频率0~60HZ的频率信息,从而控制电机的运行。

在此过程中,PID过程参数的整定非常重要。

为保持搅拌槽进出泥浆达到动态平衡,液面维持稳定,在调试过程中应多次反复调整PID 参数,以达到最佳的控制效果。

2.2 PLC与变频器的通讯方式
如图2所示,PLC与变频器的通讯方式为Modbus通讯,4个变频器通过Modbus plus 通信卡上的RJ45接口连至同一条总线,这条总线通过一个网关与PLC连接,为使PLC发出命令时对4台变频器的识别,就必须对变频器进行地址的编码,编码过程在变频器上的图形终端完成。

3 运行情况
3.1 泥浆浓度的影响
理想状态下,搅拌槽泥浆浓度处于稳定对生产有利,但由于受到产量、原矿含泥率、供水情况、絮凝剂投放情况等因素的影响,搅拌槽泥浆浓度变化有时比较大。

泥浆浓度变大时,密度十分大,这个如果时候三级泵出力不变,泥浆就排得慢,搅拌槽液位上升,PLC接收到液位信号,经PID运算后,提升变频器的频率,使三级泵加大出力,加快排泥速度,以降低搅拌槽液位;而当泥浆浓度变小时,则相反。

3.2 变频器及各种参数的设定
为避免出现极限情况而产生对泵和管道等设备的不良影响,将变频器调频范围上下限设定10Hz~40Hz。

本矿山采用的是3m的搅拌槽,以其中一组排泥系统设定的参数值为例,搅拌槽液位设定值为2.3m、输出上限86%、输出下线24%、P为0.11、I为0.15、D为0。

经过长期运行,一般情况来说,10Hz~40Hz的调频范围已经能够满足生产需要,但也有特殊情况,变频器频率到达限定范围时仍然不能维持搅拌槽液位稳定,这时候就需要通过PLC来控制调节搅拌槽进口和出口电动阀开度,从而达到控制搅拌槽液位的目的。

4 故障及处理
Schneider的ATV61HC3IN4变频器有一个使用非常人性化的图形终端,通过图形终端显示的故障报警信号,对照使用说明书能很方便地找出故障原因,使维修工作更有效率。

而当某台变频器出现故障或电机出现故障变频器保护动作停机时,PLC将发出控制命令切断存在故障的那一组泵,然后立刻投入一组备用泵进行排泥,高效率的自动控制使故障对生产的不良影响减小到最低。

此时,工作人员检修排除故障,故障排除后此组泵可作为备用。

5 结束语
变频器在生产实践中的应用已十分广泛,它节能,方便,工作效率高,还能实行对电机从启动到运行的全面保护,通过与自动化设备的配合使用,更能简化操作,提高效率,保障了生产的持续和稳定。