淺談浮法玻璃機(jī)電控制單法蘭液位變送器應(yīng)急不間斷供水

摘 要 通過(guò)對(duì)氮?dú)湔镜墓┧�方式分析后，采用柴油備用泵�?yīng)急啟動(dòng)控制供水管道壓力，變頻器調(diào)節(jié)使壓力維持在 所需的恒定壓力值，使整個(gè)管道壓力維持恒定，實(shí)現(xiàn)氮?dú)湔静婚g斷供水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。 

 

0引言

浮法玻璃生產(chǎn)線運(yùn)行中，氮?dú)湔臼遣豢扇鄙俚闹匾�部分，其中離心機(jī)與空壓機(jī)是氮?dú)湔镜闹饕�設(shè)備，而氮?dú)湔镜碾x心機(jī)與空壓機(jī)對(duì)循環(huán)冷卻水泵的依賴很大，只有在冷卻水壓力大于0.25MPa時(shí)才會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；冷卻水水壓不足0.25MPa的情況下，離心機(jī)與空壓機(jī)就會(huì)因低水壓報(bào)警停車；而離心機(jī)與空壓機(jī)的停車，使得氮?dú)�、氫氣與壓縮空氣的制取工作運(yùn)行出現(xiàn)停頓，供給浮法玻璃生產(chǎn)線上的保護(hù)氣體與壓縮空氣停止供應(yīng)，影響錫槽氣氛，電氣設(shè)備停止運(yùn)行，直接造成玻璃生產(chǎn)質(zhì)量的重大事故。由于企業(yè)處于僻壤山區(qū)經(jīng)常遭受打雷與陣雨襲擊，使得循環(huán)水泵停電而停止運(yùn)行。因此，怎樣控制氮?dú)湔狙�環(huán)水泵正常供水是急需解決的技術(shù)問(wèn)題。為解決不間斷對(duì)氮?dú)湔竟┧�，采用柴油備用泵�?yīng)急啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備電氣精que控制供水管道壓力，提供一種氮?dú)湔静婚g斷供水系統(tǒng)，抗擊干擾保障浮法玻璃生產(chǎn)正常運(yùn)行。

 

1氮?dú)湔静婚g斷供水系統(tǒng)特性分析

目前，玻璃行業(yè)對(duì)于氮?dú)湔镜墓┧�方式主要有直接供水方式與安保水塔的方式。大多數(shù)玻璃企業(yè)采用直供水的方式；部分玻璃企業(yè)采用水泵給安保水塔供水，再由水塔給車間供水的方式。

（1）采用直供水的方式。在停電或是水泵故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水泵無(wú)法正常工作，引發(fā)水管內(nèi)部的水壓在30s內(nèi)下降。這種情況下，只能通過(guò)在供電恢復(fù)后重新起動(dòng)水泵，使水壓恢復(fù)正常后，才能起動(dòng)氮?dú)湔驹O(shè)備，恢復(fù)水、氣供應(yīng)，繼而具備正常生產(chǎn)的條件。因此，當(dāng)受干擾時(shí)，如采用直接供水方式使得浮法玻璃生產(chǎn)處理故障很被動(dòng)。

（2）采用安保水塔的方式。一般為穩(wěn)定供水壓力，安保水塔的水位需在40~45m之間，剛好近似滿足4.0～4.5Pa的壓力。當(dāng)發(fā)生停電事故時(shí)，安保水塔的水位隨著用水量的增加會(huì)不斷降低，這時(shí)供水壓力也隨之降低，只有在設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行后供水壓力才能穩(wěn)定。

（3）采用直接供水方式或安保水塔的方式，在發(fā)生事故時(shí)，氮?dú)湔镜墓┧�量以及供水壓力的穩(wěn)定性無(wú)法從根本上得到保證。

（4）為解決不間斷對(duì)氮?dú)湔竟┧�以及�?shí)現(xiàn)精que控制供水管道壓力，提供一種玻璃生產(chǎn)機(jī)電控制單法蘭液位變送器,進(jìn)行應(yīng)急處理，實(shí)現(xiàn)氮?dú)湔静婚g斷供水的基本工作系統(tǒng)。選擇使用單法蘭液位變送器設(shè)備，啟動(dòng)機(jī)電一體化的控制軟件程序，按照單法蘭液位變送器工作原理及其單法蘭液位變送器智能控制器，基于單法蘭液位變送器的應(yīng)急不間斷自動(dòng)供水管路，由可編程控制器作為邏輯運(yùn)算器，響應(yīng)時(shí)間快，動(dòng)作可靠，可查詢事故記錄，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。

2單法蘭液位變送器工作原理及其智能控制器

2.1單法蘭液位變送器工作原理

柴油機(jī)高壓油泵是個(gè)柱塞式油泵。其工作原理是，通過(guò)對(duì)柱塞的軸向角度旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整柱塞有效壓距，達(dá)到油泵控制壓油量，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)齒輪帶動(dòng)凸輪軸上凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪對(duì)油泵頂桿上滑輪作一頂一放周期運(yùn)動(dòng)，使柱塞在柱塞套內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在泵的進(jìn)出兩油閥配合下來(lái)完成吸油和壓油，使其瞬間產(chǎn)生10MPa以上高壓，并將柴油通過(guò)噴油管路、噴油器等霧狀噴入近6MPa的機(jī)體燃燒室產(chǎn)生燃燒爆發(fā)作功，通過(guò)氣缸、活塞連桿、曲軸等機(jī)構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。在高壓（6MPa）下，把柴油霧狀噴入燃燒爆發(fā)，產(chǎn)生動(dòng)力。油泵動(dòng)力來(lái)源是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸，曲軸傳動(dòng)到柱塞泵，瞬間產(chǎn)生高壓。通過(guò)柴油箱把油輸入油泵，經(jīng)過(guò)高壓轉(zhuǎn)速壓縮柴油后高壓油管連接油嘴噴進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞上爆發(fā)一股推動(dòng)力啟動(dòng)單法蘭液位變送器工作。

每個(gè)工作循環(huán)都經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。由于柴油機(jī)用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油機(jī)不同。柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中吸入的是純空氣。在壓縮行程接近終了時(shí)，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過(guò)噴油器噴入氣缸，在很短時(shí)間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。由于柴油機(jī)壓縮比高（一般為16～22），所以壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)空氣壓力可達(dá)3.5～4.5MPa，同時(shí)溫度高達(dá)750～1000℃（而汽油機(jī)在此時(shí)的混合氣壓力為0.6～1.2MPa，溫度達(dá)600～700℃），大大超過(guò)柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸后，在很短時(shí)間內(nèi)與空氣混合后便 立即自行發(fā)火燃燒，氣缸內(nèi)的氣壓急速上升到 6～9MPa，溫 度也升到 2000～2500℃。

 

2.2 單法蘭液位變送器變頻調(diào)速原理

單法蘭液位變送器調(diào)速器一般都是機(jī)械離心式調(diào)速器，利用調(diào)速?gòu)?簧的預(yù)緊力和飛錘的離心力相平衡的原理，來(lái)調(diào)控轉(zhuǎn)速和供 油量相平衡，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中調(diào)速手柄控制調(diào)速?gòu)椈傻念A(yù)緊力，預(yù)緊力加大時(shí)，推動(dòng)供油齒條加大供油量，油量的增加使轉(zhuǎn)速升高，飛錘的離心力也相應(yīng)地增大，飛錘的離心力則推動(dòng)供油齒條減小供油量，這樣就使供油量和轉(zhuǎn)速平衡在某一 點(diǎn)上。而變頻器具有無(wú)極調(diào)速的能力，其頻率變化與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，具有較好的輸出特性，選擇有轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)膰?guó)內(nèi)外一線品牌的變頻器完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：

 

 

2.3單法蘭液位變送器聯(lián)動(dòng)空壓機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)

在浮法玻璃行業(yè)，生產(chǎn)用水用氣對(duì)壓力和流量的要求很高，且不能停氣停水，因此選用空壓機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)達(dá)到節(jié)能效果。

通過(guò)空壓機(jī)一臺(tái)在自動(dòng)狀態(tài)下根據(jù)總管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，維持總管壓力在6.3～6.5Pa之間，另外一臺(tái)可以在工頻狀態(tài)運(yùn)行；當(dāng)變頻運(yùn)行的這臺(tái)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，工頻運(yùn)行的這臺(tái)機(jī)可以自由切換到變頻運(yùn)行，空壓機(jī)與變頻系統(tǒng)采用硬接線電氣互鎖，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

整套系統(tǒng)是由變頻器、空壓機(jī)切換柜、壓力變送器、電機(jī)、空壓機(jī)轉(zhuǎn)子組成的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器提供的壓力信號(hào)，將管網(wǎng)實(shí)際壓力與設(shè)定的基準(zhǔn)壓力比較，通過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)變頻器頻率從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使壓力維持在所需的恒定壓力值。當(dāng)用氣量增大時(shí)，實(shí)際壓力低于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力時(shí)，變頻器輸出頻率升高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，使單位時(shí)間內(nèi)空壓機(jī)的出力提高；當(dāng)用氣量減小時(shí)，實(shí)際壓力高于設(shè)定的基準(zhǔn)壓力，變頻器輸出頻率下降，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也降低，使單位時(shí)間內(nèi)空壓機(jī)的出力減小。這樣就能使整個(gè)管道壓力維持恒定，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。具備變頻/工頻自由切換功能的兩臺(tái)空壓機(jī)組，不僅保證了系統(tǒng)供氣的穩(wěn)定可靠，#大限度地利用了變頻器，而且降低了設(shè)備損耗，減小了維修成本。控制主系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。

 

 

本系統(tǒng)具備手動(dòng)/自動(dòng)切換以及工頻/變頻切換的功能，操作人員只需在控制面板上選擇相應(yīng)的功能即可。當(dāng)1#機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，2#機(jī)只能選擇工頻運(yùn)行，反之亦然。

系統(tǒng)運(yùn)行在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，操作人員只需在人機(jī)界面輸入所需的目標(biāo)壓力即可，PLC根據(jù)設(shè)定壓力與壓力傳感器反饋的壓力數(shù)值作比較自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，同時(shí)將運(yùn)行過(guò)程中的變頻器電流、電壓與頻率反饋給PLC，PLC實(shí)時(shí)在人機(jī)界面顯示相關(guān)數(shù)值與運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)具備較高的冗余性能，保證了變頻系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，提高了節(jié)能效率，同時(shí)也保證了電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性。人機(jī)界面的采用不僅操作友好，而且維修簡(jiǎn)單。

3氮?dú)湔镜难�環(huán)不間斷供水系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1不間斷供水系統(tǒng)技術(shù)方案

為了解決氮?dú)湔镜难�環(huán)不間斷供水的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種解決事故時(shí)供水停頓或供水壓力不穩(wěn)、供水持續(xù)性不佳的辦法。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)在于采用技術(shù)成熟的可編程控制來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)供水壓力、水泵運(yùn)行狀態(tài)，在斷電異常情況下，自備電源控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)快速地起動(dòng)應(yīng)急單法蘭液位變送器啟動(dòng)，恢復(fù)供水的能力。氮?dú)湔镜难�環(huán)不間斷供水系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換、自動(dòng)化程度較高、響應(yīng)時(shí)間短、動(dòng)作可靠性高，減少了人為干預(yù)。其硬件組成和動(dòng)作原理如下：

圖2所示的是氮?dú)湔竟┧�系統(tǒng)控制流程圖。該系統(tǒng)保證了在發(fā)生停電事故或設(shè)備故障時(shí)的供水不間斷以及供水壓力穩(wěn)定。

 

 

 

圖3所示的是三臺(tái)水泵與一臺(tái)處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器與主供水管連接在一起，在正常情況下兩臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)其供水量和供水壓力可以滿足生產(chǎn)工藝需要，另一臺(tái)水泵處于備用狀態(tài)。發(fā)生設(shè)備故障或停電時(shí)，主供水管上的壓力變送器檢測(cè)水流壓力并反饋給可編程控制器，可編程控制器進(jìn)行邏輯運(yùn)算，判斷是停電引起供水壓力下降還是設(shè)備故障引起的供水壓力下降。

 

 

3.2故障引起停機(jī)時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)

當(dāng)電網(wǎng)停電引起的設(shè)備停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)5s內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到來(lái)電信號(hào)立即起動(dòng)處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動(dòng)加載，當(dāng)單法蘭液位變送器出口壓力達(dá)到0.16MPa時(shí)，出口單向閥打開(kāi)，主供水管供水壓力恢復(fù)正常。電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，水泵人工開(kāi)啟后，系統(tǒng)5s后自動(dòng)停止單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器出口單向閥關(guān)，供水恢復(fù)正常。 設(shè)備電氣發(fā)生故障引起停機(jī)時(shí)，主供水管水壓低于0.4MPa時(shí)，系統(tǒng)起動(dòng)處于熱備用狀態(tài)的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動(dòng)加載，當(dāng)單法蘭液位變送器出口壓力達(dá)到0.16MPa時(shí)，出口單向閥打開(kāi)，主供水管供水壓力恢復(fù)正常。操作人員確認(rèn)故障解除，水泵恢復(fù)正常運(yùn)行，必須手動(dòng)停止單法蘭液位變送器。設(shè)備故障的情況下設(shè)置人工停止的目的在于確保系統(tǒng)在故障沒(méi)有解除時(shí)的誤動(dòng)作，保證供水的持續(xù)不斷。

而采用機(jī)電設(shè)備控制單法蘭液位變送器應(yīng)急不間斷供水系統(tǒng)，是由可編程控制器作為邏輯運(yùn)算器，響應(yīng)時(shí)間快，動(dòng)作可靠，可查詢事故記錄，操作維護(hù)簡(jiǎn)單�；�于單法蘭液位變送器的應(yīng)急不間斷自動(dòng)供水技術(shù)采用壓力變送器檢測(cè)主供水管壓力，并以4~20mA的信號(hào)傳輸至可編程控制器，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)壓力監(jiān)控，與此同時(shí)，水泵的運(yùn)行狀態(tài)也由可編程控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)生水泵停機(jī)即可認(rèn)為設(shè)備故障從而起動(dòng)應(yīng)急單法蘭液位變送器。見(jiàn)圖2、見(jiàn)圖3。

4實(shí)施效果

(1)項(xiàng)目技術(shù)投資少，使用效果明顯，回報(bào)高。相比采用安保水塔的供水方案，單法蘭液位變送器自起動(dòng)不間斷供水方案投資少、占地面積小，更重要的是只要燃料充足，理論上不存在供水量小和供水壓力下降的風(fēng)險(xiǎn)，可以持續(xù)供水，杜絕因供水中斷引起的生產(chǎn)異常。

(2)項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間短，控制精度高。由于采用了可編程邏輯控制器和空壓機(jī)壓力變送器，系統(tǒng)對(duì)主水管的供水壓力非常敏感，并且對(duì)事故的響應(yīng)時(shí)間可達(dá)到毫秒級(jí)，在停電和設(shè)備故障的兩種極端情況下，主供水管在25s內(nèi)即可恢復(fù)供水壓力，完全滿足現(xiàn)代玻璃企業(yè)對(duì)供水的要求。

(3)項(xiàng)目技術(shù)涉及整套系統(tǒng)是由變頻器、空壓機(jī)切換柜、壓力變送器、電機(jī)、空壓機(jī)轉(zhuǎn)子組成的壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器提供的壓力信號(hào)，將管網(wǎng)實(shí)際壓力與設(shè)定的基準(zhǔn)壓力比較，通過(guò)PID控制器調(diào)節(jié)變頻器頻率從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使壓力維持在所需的恒定壓力值，根據(jù)用氣量大小，變頻器調(diào)節(jié)，使整個(gè)管道壓力維持恒定，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

(4)項(xiàng)目技術(shù)操作界面友好，操作簡(jiǎn)單。采用直觀明了的人機(jī)界面顯示設(shè)備的各種狀態(tài)，操作人員只需選擇自動(dòng)/手動(dòng)的功能，#大化地減少人工對(duì)設(shè)備的干預(yù)，確保系統(tǒng)的動(dòng)作可靠，維修簡(jiǎn)單，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

(5)應(yīng)用前景廣泛。單法蘭液位變送器不間斷供水方案不僅在玻璃行業(yè)具有巨大的應(yīng)用價(jià)值，在其他對(duì)供水要求較高的工礦企業(yè)同樣也具有廣泛的應(yīng)用前景。

(6)項(xiàng)目實(shí)施，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少操作人員配置。與水泵恒壓供水相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)水泵房無(wú)人值守，確保供水的安全可靠的同時(shí)，也可以減少人員配置，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。