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变频器在冲渣水系统自动调压中的应用实践

王永春

（山东省冶金科学研究院，山东 济南 250014）

摘 要：济钢4#120t转炉冲渣水系统应用Micromaster 430变频器进行自动调压控制，介绍了控制原理、系统结构及调试方法。经过反复试验，运行参数已经达到理想值，从运行效果看，系统的运行水压稳定，响应速度快，达到设计要求，降低了投资成本，有力支持了转炉的顺利生产。

关 键 词：变频器；分级控制；自动调压；PID闭环控制

转炉渣跨系统是济钢4#转炉生产工序中的重要组成部分，承担着钢渣处理、冲渣水处理等任务，实现冲渣水泵出口总管压力的自动调压功能和恒压供水的目的。原设计方案需要增加1套PLC控制系统，但这样会大大增加系统投资成本，经论证，采用西门子Micromaster 430变频器自带PID控制模块来实现冲渣水的自动调压控制，可满足生产要求，降低投资成本。

1 冲渣水系统简介

在整个转炉钢渣热闷处理工艺中，水是工作介质，热闷过程需要不断加水完成。钢渣水处理过程中不同的水处理阶段需要的喷水量不同，而在生产过程中要保证冲渣水泵出口总管压力的恒定。

济钢4#转炉渣跨冲渣水系统包括3台冲渣泵（MV、M1、M2）和1台西门子Micromaster 430变频器，设有机旁操作箱，可进行手自动控制切换。变频恒压供水的基本原理：以压力传感器和变频器组成闭环系统，根据冲渣水的压力来调节电机投入运行的台数以及电动机MV的转速，实现冲渣水的水压恒定，达到恒压供水目的。当需要大量的冷却水时，为保持水压恒定，MV转速相应提高；当达到一定压力范围时，MV不能满足需要，M1启动，MV降低至最低转速；如果压力依然达不到要求，MV转速再相应提高直至启动M2以及MV转速继续升高，直到满足需要。当需要的冷却水水量减少，为保持水压恒定，MV转速相应降低，当下降到一定压力范围的时候，压力依然高，M1停止，MV升高至最高转速；如果压力依然达不到要求，MV转速再相应降低直至停止M2及MV转速继续降低，直到满足需要。转炉冲渣水系统结构见图1。

2 变频器自动调压功能的实现

2.1 PID控制

西门子Micromaster 430变频器的内置PID利用装在渣水泵出口总管上的压力信号作为反馈信号。根据冲渣水设定压力值作为给定值，变频器内置PID调节器作为压力调节器，压力调节器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值进行比较运算，其结果作为频率指令输送给变频器，调节水泵的转速并与分级控制配合使出口压力保持一定。PID控制原理见图2。

2.2 分级控制

西门子Micromaster 430变频器的分级控制功能需要与PID功能配合使用。当变频器运行在最大频率，水泵出口压力仍然达不到设定值时，变频器通过继电器的输出接点（进入分级控制）接通M1、M2中的1台电动机；同时，为了保持水压尽可能恒定不变，变频器的输出频率必须沿斜坡函数曲线降低至最小频率。当变频器运行在最小频率，水泵出口压力仍比水压设定值大时，变频器通过继电器的输出接点（退出分级控制）断开M1、M2中的1台电动机。在这种情况下，为了保持水压尽可能恒定不变，变频器的输出频率必须沿斜坡函数曲线由最低频率上升至最高频率。分级控制使用的前提必须实现PID功能。

3 基本参数调试

3.1 PID控制设定

根据本系统功能要求，首先实现PID功能，当P0701=99，P2200=722.0时，利用数字量输入来控制PID功能启用与否；变频器PID主设定值P2253可选择的参数：模拟输入755、固定PID设定值2224、已激活的PID设定值2250，在本系统中采用固定给定值（P2201=80%，P2253=2224，设定主给定值固定值为压力值的80%）；PID反馈值选择模拟量输入1（设定P2264=755.1）；令P2200=1使能PID功能，PID功能激活，此时常规加减速时间P1120、P1121会被禁止，可适当调整P2257、P2258参数来修改加减速时间（本系统中设定P2257=10，P2258=10）。PID调试最主要的调整即比例增益P和积分时间I，参数分别为P2280和P2285，经过反复试验设定P2280=0.5，P2285=10。

在调试过程中一定设置PID限幅值的斜坡上升/下降时间。输出限幅值由0沿斜坡曲线上升到P2291（PID输出上限）和下降到P2292（PID输出下限）设定的限幅值所需的时间，可以防止变频器启动时PID输出出现大的跳变，否则变频器将报故障F0002。系统中的压力反馈值容易受到其他因素的干扰，因此根据现场的实际情况对信号进行滤波处理。PID调节关系见图3。

3.2 分级控制设定

首先进行电动机分级控制的配置，设定P2371=2，P2372=1，允许电动机分级控制，配置为1台变速电机加2台工频电机（最多可配置1台变速电机加3台工频电机）。本系统中设定电机分级控制的回线宽度P2373=10%（设定压力的百分比），PID误差值必须超过P2373的设定值，且必须超过一定时间（电动机进入、退出分级控制延时参数：P2374=30 s，P2375=30 s）才能延时开始分级控制的切换操作。如果PID误差值超过P2376的设定值时，不管延时参数的定时是否到期，就进行分级控制的切换操作；需要特别注意，为避免在分级控制中信号出现大的波动而引起频繁分级动作，必须设定电动机分级控制闭锁定时器P2377。在调试过程中P2280、P2285需要特别注意，经过反复试验才能达到最好。

4 结语

济钢4#转炉渣跨冲渣水系统采用变频器分级控制及PID控制功能自动调压后，经过反复试验，参数已经达到运行理想值。从运行效果看，系统的运行水压稳定，响应速度快，达到设计要求，降低了投资成本，有力支持了转炉的顺利生产。