轧机冷却供水自动控制系统设计

摘要：轧后加速冷却控制系统（简称ACC）， ACC工程的主要配套设施——循环水泵站处理系统为全新建设项目，担负着为轧后加速控制冷却设备平稳供水的任务。本设计介绍了ACC循环水处理自动控制系统、PLC及变频调速技术在电气控制中的应用。

关键词：循环水系统 PID控制器 水位控制 水温控制

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0009-01

1 引言

随着科学技术不断发展，一些新技术新工艺不断应用于工业生产的过程控制中，使以前无法解决的问题得以迎刃而解。基于变频调速器与PLC的完美结合应用于钢铁企业的回收水池的水位控制系统，有效地解决了一直难以解决的水位控制问题。

2 设计方案确定

2.1 设计方案的要求

（1）要求高位水箱水位和压力保持恒定；侧喷泵组水流量保持为300/h；冷水池水温不高于35℃。给水泵组采用PID控制策略，串级控制，内环以高位水箱水位为控制目标，控制水位保持恒定，即保持ACC本体用水压力恒定，外环以出水管流量为控制目标。（2）水泵启停有自动和手动两种功能；（3）工作泵出现故障后自动切换到备用泵；（4）变频器故障报警；（5）必须的保护功能。

2.2 方案的确定

根据对泵站的分析，系统采取以下方法来实现其功能和达到目的：

采用PLC对所有电机进行自动控制，冷却水的温度变化与水的流量和冷却泵组、提升泵组及给水泵运行频率有关，而且冷却泵组和提升泵组的水流量比对温度影响更大。采用可编程控制器对泵电机进行自动控制，能够有效地通过水温的实时检测，达到节电的目的。为了避免水温超调量对控制模式的影响，应尽量避免电机过于频繁的起动和停止。

工作原理：在手动运行方式时，按启动按钮或停止按钮，可根据需要分别起停各水泵，这种方式仅供检修或控制系统出现故障时使用；在自动运行方式时，所有循环控制过程均由PLC来控制完成。由于循环水系统是一个惯性较大无法突变的系统，不需要过高的响应速度，因而在设计思想上以查询方式为主，中断方式为辅，采用工程整定法对系统PID参数进行整定。这样大大提高了系统的适应性，使用户在使用时减少了调试的工作。

3 系统设计

3.1 PID控制器设计

PID控制是比例积分微分控制的简称。PID控制由于它自身的优点得到最广泛应用的基本控制方式。PID控制实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

简单控制系统是由广义对象和调节器构成的，其控制质量的决定性因素是被控对象的动态特性，与此相比其他都是次要的。当系统安装好以后，系统能否在最佳状态下工作，主要取决于调节器各参数的设置是否得当。衡量调节器参数是否最佳，需要规定一个明确的统一反映控制系统质量的性能指标。它必须能综合反映系统控制质量，而同时又要便于分析和计算。

3.2 水位及水温控制设计

3.2.1 水位控制设计

检测中的关键是水位的测量，最常用也是最简单的办法是在水池的不同水位放置露出金属头的导线，等水位到达所在高度后形成闭合通路来检测水位。首先由液位传感器（即液位变送器）将水池的水位转换为电信号送入PLC，并与设定值进行比较，根据比较偏差输出一个控制信号到变频调速器，进而调节水泵电机的运转速度，消除偏差。如此经自动反复调节最终使水位保持在正常范围内。该系统不但能够对水泵流量水池水位进行自适应控制，而且启停水泵电机满足工艺配合要求，同时对水池水位超过上下限、水泵电机的启动故障和运行故障以及变频器运行故障等都具有报警功能和保护功能，并具有手动检修等功能。

高位水箱恒水位实现：当高位水箱水位高于设定值时，由PLC控制给水泵组的变频器，减小频率；当高位水箱水位低于设定值时，增加频率，使高位水箱水位保持恒定。通过安装在水箱内的水位变送器，把水位转换成4～20mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。

3.2.2 水温控制设计

在工业生产自动控制中，为了生产安全或为了保证产品质量，对于温度、压力、流量、成分、速度等一些重要的被控参数，通常需要进行自动监测，并根据监测结果进行相应的控制。在自动监测系统中，常常设有上下限检查、报警及自动处理系统，以提醒操作人员注意，必要时采取紧急措施。

冷却水的水温度变化与很多因素有关，如冷却水的流量，冷却塔风机运行数量和天气气温对水温变化都有影响。对给水量，即水压恒值，系统以变频器和水泵电机为核心控制对象，以水的压力为反馈量组成一个闭环反馈系统，可提前规定一个水的压力，根据实际水的压力与目标值相比的偏差对水泵电机的运行进行控制，亦采用PID控制，如果不考虑泵电机的时间滞后，该系统为一节惯性环节。

4 结论与认识

本系统采用可编程控制器（PLC）作为下位控制器，以冷却水的温度作为反馈信号，组成一个由水温反馈的实时调节冷却泵组和提升泵组之间的出水比例即流量比的控制系统。ACC循环水系统的控制装置，由于利用PLC增设了备用自投功能，优化了电气控制结构，具备完善的控制保护功能，避免了在紧急情况下人工操作的错误发生率，从而提高了整个循环水系统的可靠性。由于循环水系统是一个惯性较大无法突变的系统，不需要过高的响应速度，因而在设计思想上以查询方式为主，中断方式为辅，采用工程整定法对系统PID参数进行整定。这样大大提高了系统的适应性，使用户在使用时减少了调试的工作。

参考文献

[1]李素玲.恒压供水自动测控系统的设计与实现[M].中国给水排水.2004年3月.