旋流池水位自動控制系統(tǒng)分析與改進

1、旋流池水位自動控制系統(tǒng)分析與改進張 志 高 （中國一冶機電工程有限責任公司 電裝分公司，湖北 武漢 430081） 摘要：旋流池是軋線水處理系統(tǒng)中收集工業(yè)廢水的工藝設(shè)施。它不但保證了軋線系統(tǒng)冷卻水的循環(huán)利用，而且有沖淋氧化鐵皮并對其進行收集處理的作用，因而旋流池水位控制直接影響到整個軋線系統(tǒng)的正常運行。本文對旋流池水位自動控制系統(tǒng)進行了分析，針對現(xiàn)場施工出現(xiàn)的問題提出相應(yīng)的改進措施，為整個軋線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。關(guān)鍵詞：旋流池；PLC；軟啟動；水位控制Analysis and improvement of the water lever auto-control system of Sw

2、ril Pool ZHANG Zhi-gao(CFMCC electrical and mechanical engineering co.,ltd. electrical branch wuhan 430081)Abstract The swrilpool is an industrial facility for recycling wastewater in the water treatment systems of the rolling line, which not only ensure that the cooling water could recycled, but ri

3、nse the iron oxide skins and recycle it in the rolling line, thus the water lever control system of the swrilpool can affect the normal operation of the rolling line directly. The article analyzes the water lever auto-control system of the swrilpool, proposes corresponding measures for the problem d

4、uring the site operation, thus protect the stability for the whole rolling line of operating normally.key words Swril Pool; PLC; soft start; water control0 引言水處理系統(tǒng)作為冶金工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)環(huán)保節(jié)能降耗的主要措施之一，對企業(yè)經(jīng)濟循環(huán)發(fā)展、節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。旋流池是軋線水處理系統(tǒng)中收集工業(yè)廢水的工藝設(shè)施。它不但保證軋線系統(tǒng)冷卻水的循環(huán)利用，而且有沖淋氧化鐵皮并對其進行收集處理的作用，因而旋流池水位控制直接影響到整個軋線系統(tǒng)的正

5、常運行。本文對旋流池水位自動控制系統(tǒng)進行了分析，針對現(xiàn)場施工期間出現(xiàn)的問題提出相應(yīng)的改進措施，為整個軋線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了有力保障。1 旋流池工藝及電氣控制1.1 旋流池工藝流程在某大型鋼鐵企業(yè)720軋管系統(tǒng)中，旋流池整體構(gòu)造及主要設(shè)備布局如圖1所示。圖1 旋流池側(cè)面圖在該系統(tǒng)中，旋流池主要作用是收集廠房內(nèi)各種設(shè)備直接、間接冷卻過程中的漏水及沖淋氧化鐵皮的用水。這些水通過鐵皮溝進入旋流池內(nèi)，經(jīng)沉淀后除去大顆粒的氧化鐵皮，沉淀后的水一部分用水泵（P301泵組，安裝于-4.9m處）加壓后再次送軋制線用來沖淋氧化鐵皮，另一部分水經(jīng)提升泵（P302泵組，安裝于-4.9m處）提升至平流沉淀池處理，其工

6、藝流程如圖2所示。旋流池底沉淀的氧化鐵皮用位于旋流池上方的抓斗吊清除出池，裝車運走。圖2 工藝流程圖沖氧化鐵皮設(shè)備直接冷卻設(shè)備間接冷卻旋流池沖氧化鐵皮泵平流沉淀池旋流池提升泵 該旋流池深19.1m，施工難度很大，且成本比普通平流池也要高出許多。之所以在該水處理系統(tǒng)中收集工業(yè)水采用的是旋流池而非一般的平流池，主要是因為收集來的水需要在生產(chǎn)廠區(qū)噴淋重復(fù)利用，從鐵皮溝流回來的水中含有大量大顆粒氧化鐵皮，如果是一般的平流池，鐵皮不能充分沉淀，被水泵抽起后會堵塞水泵導(dǎo)致設(shè)備損壞。旋流池則不會出現(xiàn)以上問題。水到達旋流池內(nèi)的流程如圖3所示。 圖3 旋流池水流示意圖水（藍色）沿鐵皮溝從旋流池側(cè)邊斜切面流入池內(nèi)

7、，斜切面可使流入池的水具有更大慣性，沖入池的水還會給池內(nèi)水施以推力。在雙重動力作用下，水在圓形池內(nèi)形成強大旋渦狀環(huán)流，從而產(chǎn)生向心力。在向心力作用下，水會繼續(xù)環(huán)流，而那些密度大的大顆粒氧化鐵皮，則在自身重力作用下完全沉入池底，而沖淋氧化鐵皮的水泵是從-10.7m抽出的水，因此就不會含有大顆粒氧化鐵皮。1.2 電氣控制旋流池的排水系統(tǒng)采用兩組泵組。第一組為P301組，將水送到軋線用以沖淋氧化鐵皮。該組2臺泵，采用一用一備的工作方式。當工作泵出現(xiàn)故障時，備用泵自動或手動投入工作，工作泵和備用泵可任意選擇。電機容量均為75kW，采用接觸器直接啟動。水泵與出口電動閥、旋流池吸水井液位聯(lián)鎖，聯(lián)鎖條件與提

8、升泵組P302相同，在P302中詳述。第二組為P302提升泵組，當旋流池水位達到一定深度時，將多余的水抽送到平流沉淀池，以保證旋流池在水位突增、沖淋氧化鐵皮用水量不大時旋流池不會被淹沒。該組3臺泵，工作方式為兩用一備。當某臺工作泵出故障時，備用泵自動或手動投入使用，工作泵和備用泵可任意選擇。電機容量均為185kW，額定電流為340A。由于電機容量大，直接啟動電流太大會影響廠內(nèi)電網(wǎng)，所以采用軟啟動裝置啟動并持續(xù)運行，軟啟動主要控制原理如圖4所示。水泵與出口電動閥、旋流池吸水井水位聯(lián)鎖，開啟順序為：在池內(nèi)水位達到啟泵水位時，先開泵36s，再開出口電動閥；停泵時，先關(guān)出口電動閥36s，再停泵。回流電

9、動閥根據(jù)旋流池吸水井內(nèi)的水位自動開閉，其目的是為了調(diào)節(jié)水井的水位變化，防止電機頻繁啟動，造成對設(shè)備的損壞。 圖4 電氣控制原理圖 1.3 PLC程序調(diào)試根據(jù)工藝、電氣要求，以及各設(shè)備（旋流池中沖氧化鐵皮水泵組、提升泵組及各泵的出口電動閥）之間的連接關(guān)系，做出循環(huán)水示意圖如圖5所示。V301-1P301-1P301-2V301-2V302-4MV302-1P302-1MV302-2P302-2MV302-3P302-3M旋流池M圖5 旋流池CRT示意圖這里主要闡述提升泵的控制邏輯。液位檢測設(shè)備為2臺雷達液位計，量程為05m，輸出信號為420mA。根據(jù)聯(lián)鎖要求，在現(xiàn)場操作箱選擇到自動控制狀態(tài)下，如

10、果液位計LT101檢測到液位數(shù)值大于或等于3.5m（實際位置為-6.4m）時，PLC控制工作泵P302-1/2（以3#為備用泵）同時啟動，4s后對應(yīng)出口電動閥（圖5中V302-1/2）開閥，送水至平流沉淀池。液位計、提升泵與出水電動閥三者之4s間啟動關(guān)系及順序如圖6所示。MI90.2MV302-1_CLOSEMP302-1_D/L1MPV302-1_GBTV302-1_ FAULTV302-1_ READYP302-1_REMCMP=lIN1IN2V302-1_CLOSEMPV302-1STOP(S)M190.2P302-1_ RUNMP302-1_D/LP302-1_ FAULT2.5000

11、00e+000M190.2CMP<=RIN1IN2LT101_R圖7 停閥程序段圖6 啟泵程序液位計LT101>=3.5mP302-1/2啟動出水閥V302-1/2開如果液位計LT101檢測到液位數(shù)值小于2.5m（實際位置為-7.4m）時，PLC發(fā)出停機信號。根據(jù)工藝及機械特性，為防止管道內(nèi)大量的水回流，應(yīng)先關(guān)閉出口電動閥V302-1，動作4s后再關(guān)閉提升泵P302-1。2#提升泵及其對應(yīng)出口電動閥停機程序與此相同，停閥的PLC程序段如圖7所示。 在兩臺提升泵運行時，回流電動閥（V302-4）會根據(jù)水位變化，將抽出的水適度向旋流池中補充。因為提升泵功率較大，兩臺泵很快能將1m深（由

12、3.5m到2.5m）的水抽走而立即停下，停泵后管道的水又回流到旋流池，加上工廠排送來的水，很快能使水位再次到達排水液位，讓提升泵再次啟動，這一循環(huán)會使水泵頻繁啟停。為解決這一問題，我們需延長啟停間隔時間，讓水泵運行時間加長，因此增加回流閥，在水泵運行時根據(jù)水位變化適度往旋流池內(nèi)補水。2 現(xiàn)場臨時自動控制在現(xiàn)場施工中曾出現(xiàn)夜間水漫旋流池的情況。原因是旋流池電氣設(shè)備未安裝完畢，且PLC系統(tǒng)沒投入運行。當下雨或工廠內(nèi)某設(shè)備將冷卻水大量排往旋流池時，水面會迅速上升到-4.9M平臺以上，嚴重威脅電氣設(shè)備安全。為擺脫在施工期間，排水設(shè)備無法自動運行的尷尬處境，特提出兩種簡易處理方法，即用液位顯示儀和浮球控

13、制器，臨時替代PLC的調(diào)試方法。2.1液位顯示儀液位顯示儀是一種用得相當普遍的二次顯示儀表，配合已安裝好的雷達液位計使用。一次設(shè)備為兩線制，由顯示表供電源，輸入420mA模擬信號，輸出420mA模擬信號，另有高低液位無源報警點輸出。設(shè)備選取應(yīng)符合以下條件：量程為05m，信號輸出至少有高低水位無源報警點，且高液位至少有一對常開點，低液位至少有一對常閉點輸出。該系統(tǒng)啟停泵液位分別是3.5m和2.5m，考慮到停泵后，管道內(nèi)有水回流，應(yīng)加大啟停液位差距，設(shè)啟停泵液位分別為3.5m和1.5m。如果現(xiàn)場已有的顯示儀量程不是05m，也可根據(jù)量程與模擬量信號對應(yīng)關(guān)系作相應(yīng)轉(zhuǎn)換。雷達液位計輸送的420mA信號與

14、轉(zhuǎn)換后的啟停信號沒有影響。例如實際顯示儀量程為07m，則設(shè)置對應(yīng)啟泵液位X為：3.5/5=X/7 èX=4.9，所以在液位顯示儀上設(shè)定高液位為4.9m時報警開點輸出，同理可換算低液位為2.1m時報警閉點輸出。再看顯示儀高低液位的報警輸出信號，根據(jù)圖4的提升泵軟啟動電氣控制原理圖，將高液位的常開報警點（即啟泵命令）接入圖中105、107號端子，將低液位的常閉報警點（即停泵命令）接入圖中的111、113號端子，現(xiàn)場操作箱選擇自動位，顯示儀、軟啟動裝置上電，相應(yīng)出口閥全開，即可實現(xiàn)簡易直觀的自動控制。既可看到當前池內(nèi)水位變化，更不必擔心水位突漲給設(shè)備帶來淹沒的威脅。如果需要2臺或3臺同時啟

15、動排水，則將顯示儀的高低液位報警點分別并聯(lián)接入相應(yīng)設(shè)備啟?？刂凭€路中即可。這里需注意的是顯示儀輸出的是無源點信號，所以各軟啟動裝置的控制線L（如圖4所示）必須是同相電源，否則將信號并聯(lián)時會引起相間短路。2.2浮球控制器比起液位顯示儀，浮球則更為簡易實用。所需浮球的最低要求為：高液位時有一對常開點，低液位時有一對常閉點。啟停泵液位依然是3.5m和1.5m，將浮球的活動線纜長度定于略大于1m處，將固定點安裝池內(nèi)懸梯上的2.5m處，對應(yīng)實際位置是：-4.9 + (-2.5) = -7.4 m，安裝示意圖如圖8所示。-6.4m-7.4m-8.4m圖8 浮球安裝示意圖控制方式跟液位顯示儀相同，參照圖4將

16、高液位的開點接到105、107端子，低液位的閉點接到111、113端子。相關(guān)設(shè)備上電后，即可投入到自動控制運行。以上兩種方法均可在施工期間臨時替代PLC將3臺提升泵投入自動運行，但各有長短。第一種既可直觀的看到水位變化，又能使提升泵在一個精確液位值啟停，但設(shè)備成本略高；第二種價格便宜，市場上也容易買到，但在液位控制上不如前者精確，具體選取依據(jù)實際施工現(xiàn)場而定。3 注意事項 在現(xiàn)場調(diào)試中，由于考慮不周會導(dǎo)致一些操作上的失誤，下面對調(diào)試過程容易發(fā)生的問題，提出幾點注意事項。電機和電纜檢測絕緣必須分開進行。在接電纜前應(yīng)先用500V兆歐表檢測電機定子絕緣，根據(jù)電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準，對于100kW以上電機還需測試三相直流電阻。電纜絕緣尤其要獨立進行檢測，當電纜接上電機后就不能用兆歐表直接測線間絕緣。當電機使用軟啟動裝置時，不允許直接用兆歐表檢測電纜線路的絕緣，否則會因檢測電壓反送至軟啟動裝置，燒壞軟啟動裝置的內(nèi)部電子元件。軟啟動裝置的絕緣應(yīng)用普通萬能表檢測。在使用軟啟動裝置時，試車前應(yīng)先將電機及相關(guān)運行參數(shù)設(shè)定到