铜街大沟尾矿库回水节能技术的应用

时间：2024-07-28

黄波

(云南华联锌铟股份有限公司)

铜街大沟尾矿库回水节能技术的应用

黄波

(云南华联锌铟股份有限公司)

原铜街大沟尾矿库回水采用三菱FR740变频器进行开环控制，造成二级泵池的水溢流返回尾矿库，导致水、电成本大幅上涨。为此，决定采用原二级泵站艾默生DCS系统，通过在泵池上加装超声波液位计，采用Modbus RTU数字通讯技术，构成一主站三从站的PID闭环控制网路，对3台三菱FR740变频器进行节能控制，实现了3台变频器负荷曲线的历史查询、远程实时泵池恒液位控制，减轻了操作人员的劳动强度，节约了回水成本。

变频器超声波液位计尾矿库回水节能

为适应国家环保需求，云南华联锌铟股份有限公司要求企业生产用水尽可能使用工业回水。长期以来，尾矿库水送回车间使用都是采用人工调节频率的方式，但由于两个泵站相隔较远，看不见水池液位，送上泵池的水长期溢流返回尾矿库，使回水成本远比使用水库中的新水高。因此，决定对水泵采用恒液位节能方式控制，以便达到节水、节电的目的。

1 尾矿库概况

云南华联锌铟股份有限公司是集采矿、选矿、冶炼为一体的大型国有控股企业，铜街大沟尾矿库2013年建成，汇水面积17.25 km2，右岸坡度较陡(35°～50°)，左岸坡度稍缓(10°～35°)，库内平均纵坡13.5%，位于新田选厂东南面约5 km的铜街大沟内。该尾矿库初期坝是在原铜街大沟尾矿库初期坝的基础下游扩建，按照新田选厂20 a生产服务期设计，最终堆积标高1 140 m，尾矿坝最大坝高160 m，总库容3 548万m3，有效库容2 909万m3。一级泵站浮船位于尾矿库岸边，浮船上的装备主要有3台三菱FR740变频器驱动3台160 kW的电机，通过人工手动调节电位器的控制供水流量和压力，对二级泵站的水池供水，由于尾矿库到二级泵站的高差较大，一二级泵站之间的距离较远，二级泵站水池液位控制困难，造成水池长期溢流。

2 控制系统构成

采用PID闭环控制算法实现系统的自动控制。控制系统主要由信号采集、运算输出、执行驱动组成，系统结构见图1。

黄波(1980—)，男，工程师，663701 云南省文山州马关县都龙镇。

图1 系统结构

2.1 信号采集部分

采用西门子的sitrans PROBE LU超声波液位计对二级泵站的水池液位进行测量，液位计参数设置:P001测量模式-1(物位)、P003测量响应-2(中等)、P005单位-1(m)、P006零点-(2.5 m)、P007量程-(2.35 m)来实现对水池液位的测量，通过4～20 mA将测量出来的信号传送到DCS的模拟量输入模块进行模数转换，完成了控制信号的采集。

2.2 运算输出

由于配电室与浮船相距有1.5 km，为了减少电缆的使用量和获得精确的数据信号，决定采用Modbus RTU方式进行数据通讯，数据传输通过两个光纤收发器转换后由光纤连接，DCS定义为Modbus RTU主站。主站DCS配置了两块电源模块、两块CPU模块进行冗余、两块AI卡、两块AO卡、3块DI卡、两块DO卡和一块串口卡，在艾默生DCS软件DeltaV中进行硬件卡件组态、程序编写、实现远程数据的采集。

DeltaV串口卡件组态，从DeltaV Explorer访问端口的属性：Physical Network-Control Network-CTLR-I/O-P01-Properties，在Port选项中选中Enabled以启用通讯端口；在Advanced选项中选择RTU协议类型，Modbus Master模式；在Communications选项中选择RS422/RS485半双工，波特率为9600，校验位为无，数据位为8，停止位为1。右键点击P01选择New Serial device，创建3台设备，分别定义Device Address为2、3、4，即为3台变频器的Modbus地址[1]。

创建New dataset，在General选项中选择数据类型为input;Deltav中选择16 bit int w/status；PLC选项中选择holding registers、PLC base register40001、offset200、Number of 16，完成DCS的硬件配置。

DeltaV的程序编写，通过查阅三菱FR740变频器的通讯手册发现，变频器的控制输入命令存于40009，运行频率存于40014，输出频率存于40201中，输出电流存于40202中，输出端子状态存于40216中，通过程序编写，实现对3台变频器调速、启停，读取转速、电流和状态信号。程序功能见图2所示。

图2 程序功能

2.3 执行驱动

执行驱动由一对型号为UT-277SM的485转光纤的收发器和3台型号为FR740的变频器构成，3台变频器分别作为Modbus的1#、2#、3#从站，并按照通讯接线(图3)。

图3 通讯连接

变频器通讯参数设置：Pr331通讯站号分别对3台变频器设置为2、3、4，与DCS程序里的站号相对应，Pr332通讯速率9600，Pr333通讯停止位1，Pr334奇偶校验设为偶校验，Pr549选择协议设置为ModbusRTU，Pr551PU模式操作权选择2。完成3台变频器的硬件连接和软件程序设置[2]，实现了3台变频器的DCS远程PID自动控制，达到了恒液位控制的目的。