淺談浮法玻璃機電控制單法蘭液位變送器應急不間斷供水

摘 要 通過對氮氫站的供水方式分析后，采用柴油備用泵應急啟動控制供水管道壓力，變頻器調節使壓力維持在 所需的恒定壓力值，使整個管道壓力維持恒定，實現氮氫站不間斷供水循環系統運行，同時達到了節能降耗的目的。 

 

0引言

浮法玻璃生產線運行中，氮氫站是不可缺少的重要部分，其中離心機與空壓機是氮氫站的主要設備，而氮氫站的離心機與空壓機對循環冷卻水泵的依賴很大，只有在冷卻水壓力大于0.25MPa時才會正常運轉；冷卻水水壓不足0.25MPa的情況下，離心機與空壓機就會因低水壓報警停車；而離心機與空壓機的停車，使得氮氣、氫氣與壓縮空氣的制取工作運行出現停頓，供給浮法玻璃生產線上的保護氣體與壓縮空氣停止供應，影響錫槽氣氛，電氣設備停止運行，直接造成玻璃生產質量的重大事故。由于企業處于僻壤山區經常遭受打雷與陣雨襲擊，使得循環水泵停電而停止運行。因此，怎樣控制氮氫站循環水泵正常供水是急需解決的技術問題。為解決不間斷對氮氫站供水，采用柴油備用泵應急啟動實現設備電氣精que控制供水管道壓力，提供一種氮氫站不間斷供水系統，抗擊干擾保障浮法玻璃生產正常運行。

 

1氮氫站不間斷供水系統特性分析

目前，玻璃行業對于氮氫站的供水方式主要有直接供水方式與安保水塔的方式。大多數玻璃企業采用直供水的方式；部分玻璃企業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，會導致水泵無法正常工作，引發水管內部的水壓在30s內下降。這種情況下，只能通過在供電恢復后重新起動水泵，使水壓恢復正常后，才能起動氮氫站設備，恢復水、氣供應，繼而具備正常生產的條件。因此，當受干擾時，如采用直接供水方式使得浮法玻璃生產處理故障很被動。

（2）采用安保水塔的方式。一般為穩定供水壓力，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。當發生停電事故時，安保水塔的水位隨著用水量的增加會不斷降低，這時供水壓力也隨之降低，只有在設備恢復正常運行后供水壓力才能穩定。

（3）采用直接供水方式或安保水塔的方式，在發生事故時，氮氫站的供水量以及供水壓力的穩定性無法從根本上得到保證。

（4）為解決不間斷對氮氫站供水以及實現精que控制供水管道壓力，提供一種玻璃生產機電控制單法蘭液位變送器,進行應急處理，實現氮氫站不間斷供水的基本工作系統。選擇使用單法蘭液位變送器設備，啟動機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急不間斷自動供水管路，由可編程控制器作為邏輯運算器，響應時間快，動作可靠，可查詢事故記錄，操作維護簡單。

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

柴油機高壓油泵是個柱塞式油泵。其工作原理是，通過對柱塞的軸向角度旋轉來調整柱塞有效壓距，達到油泵控制壓油量，由發動機曲軸轉動通過齒輪帶動凸輪軸上凸輪旋轉，凸輪對油泵頂桿上滑輪作一頂一放周期運動，使柱塞在柱塞套內做往復運動，在泵的進出兩油閥配合下來完成吸油和壓油，使其瞬間產生10MPa以上高壓，并將柴油通過噴油管路、噴油器等霧狀噴入近6MPa的機體燃燒室產生燃燒爆發作功，通過氣缸、活塞連桿、曲軸等機構產生旋轉動力。在高壓（6MPa）下，把柴油霧狀噴入燃燒爆發，產生動力。油泵動力來源是發動機帶動曲軸，曲軸傳動到柱塞泵，瞬間產生高壓。通過柴油箱把油輸入油泵，經過高壓轉速壓縮柴油后高壓油管連接油嘴噴進發動機活塞上爆發一股推動力啟動單法蘭液位變送器工作。

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

 

2.2 單法蘭液位變送器變頻調速原理

單法蘭液位變送器調速器一般都是機械離心式調速器，利用調速彈 簧的預緊力和飛錘的離心力相平衡的原理，來調控轉速和供 油量相平衡，在發動機運行中調速手柄控制調速彈簧的預緊力，預緊力加大時，推動供油齒條加大供油量，油量的增加使轉速升高，飛錘的離心力也相應地增大，飛錘的離心力則推動供油齒條減小供油量，這樣就使供油量和轉速平衡在某一 點上。而變頻器具有無極調速的能力，其頻率變化與轉速成線性關系，具有較好的輸出特性，選擇有轉矩補償的國內外一線品牌的變頻器完全可以滿足設計要求。 根據異步電機的轉速公式：

 

 

2.3單法蘭液位變送器聯動空壓機變頻節能技術

在浮法玻璃行業，生產用水用氣對壓力和流量的要求很高，且不能停氣停水，因此選用空壓機進行變頻技術達到節能效果。

通過空壓機一臺在自動狀態下根據總管壓力自動調節變頻器的頻率，維持總管壓力在6.3～6.5Pa之間，另外一臺可以在工頻狀態運行；當變頻運行的這臺機發生故障時，工頻運行的這臺機可以自由切換到變頻運行，空壓機與變頻系統采用硬接線電氣互鎖，確保系統的安全穩定。

整套系統是由變頻器、空壓機切換柜、壓力變送器、電機、空壓機轉子組成的壓力閉環控制系統。變頻系統根據壓力傳感器提供的壓力信號，將管網實際壓力與設定的基準壓力比較，通過PID控制器調節變頻器頻率從而控制電機轉速，使壓力維持在所需的恒定壓力值。當用氣量增大時，實際壓力低于設定的基準壓力時，變頻器輸出頻率升高，電機的轉速提高，使單位時間內空壓機的出力提高；當用氣量減小時，實際壓力高于設定的基準壓力，變頻器輸出頻率下降，電機的轉速也降低，使單位時間內空壓機的出力減小。這樣就能使整個管道壓力維持恒定，達到了節能降耗的目的。具備變頻/工頻自由切換功能的兩臺空壓機組，不僅保證了系統供氣的穩定可靠，#大限度地利用了變頻器，而且降低了設備損耗，減小了維修成本。控制主系統框圖見圖1。

 

 

本系統具備手動/自動切換以及工頻/變頻切換的功能，操作人員只需在控制面板上選擇相應的功能即可。當1#機變頻運行時，2#機只能選擇工頻運行，反之亦然。

系統運行在自動狀態時，操作人員只需在人機界面輸入所需的目標壓力即可，PLC根據設定壓力與壓力傳感器反饋的壓力數值作比較自動調節變頻器的頻率，同時將運行過程中的變頻器電流、電壓與頻率反饋給PLC，PLC實時在人機界面顯示相關數值與運行狀態。本系統具備較高的冗余性能，保證了變頻系統的持續運行，提高了節能效率，同時也保證了電氣設備運行的安全性。人機界面的采用不僅操作友好，而且維修簡單。

3氮氫站的循環不間斷供水系統技術方案

3.1不間斷供水系統技術方案

為了解決氮氫站的循環不間斷供水的技術問題，提供了一種解決事故時供水停頓或供水壓力不穩、供水持續性不佳的辦法。技術創新點在于采用技術成熟的可編程控制來實時檢測供水壓力、水泵運行狀態，在斷電異常情況下，自備電源控制系統能實現快速地起動應急單法蘭液位變送器啟動，恢復供水的能力。氮氫站的循環不間斷供水系統，可以實現手動/自動切換、自動化程度較高、響應時間短、動作可靠性高，減少了人為干預。其硬件組成和動作原理如下：

圖2所示的是氮氫站供水系統控制流程圖。該系統保證了在發生停電事故或設備故障時的供水不間斷以及供水壓力穩定。

 

 

 

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

 

 

3.2故障引起停機時啟動應急系統

當電網停電引起的設備停機時，系統5s內沒有檢測到來電信號立即起動處于熱備用狀態的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動加載，當單法蘭液位變送器出口壓力達到0.16MPa時，出口單向閥打開，主供水管供水壓力恢復正常。電網恢復供電時，水泵人工開啟后，系統5s后自動停止單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器出口單向閥關，供水恢復正常。 設備電氣發生故障引起停機時，主供水管水壓低于0.4MPa時，系統起動處于熱備用狀態的單法蘭液位變送器，單法蘭液位變送器自動加載，當單法蘭液位變送器出口壓力達到0.16MPa時，出口單向閥打開，主供水管供水壓力恢復正常。操作人員確認故障解除，水泵恢復正常運行，必須手動停止單法蘭液位變送器。設備故障的情況下設置人工停止的目的在于確保系統在故障沒有解除時的誤動作，保證供水的持續不斷。

而采用機電設備控制單法蘭液位變送器應急不間斷供水系統，是由可編程控制器作為邏輯運算器，響應時間快，動作可靠，可查詢事故記錄，操作維護簡單。基于單法蘭液位變送器的應急不間斷自動供水技術采用壓力變送器檢測主供水管壓力，并以4~20mA的信號傳輸至可編程控制器，能實現實時壓力監控，與此同時，水泵的運行狀態也由可編程控制器實時監控，一旦發生水泵停機即可認為設備故障從而起動應急單法蘭液位變送器。見圖2、見圖3。

4實施效果

(1)項目技術投資少，使用效果明顯，回報高。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險，可以持續供水，杜絕因供水中斷引起的生產異常。

(2)項目技術應急響應時間短，控制精度高。由于采用了可編程邏輯控制器和空壓機壓力變送器，系統對主水管的供水壓力非常敏感，并且對事故的響應時間可達到毫秒級，在停電和設備故障的兩種極端情況下，主供水管在25s內即可恢復供水壓力，完全滿足現代玻璃企業對供水的要求。

(3)項目技術涉及整套系統是由變頻器、空壓機切換柜、壓力變送器、電機、空壓機轉子組成的壓力閉環控制系統。變頻系統根據壓力傳感器提供的壓力信號，將管網實際壓力與設定的基準壓力比較，通過PID控制器調節變頻器頻率從而控制電機轉速，使壓力維持在所需的恒定壓力值，根據用氣量大小，變頻器調節，使整個管道壓力維持恒定，達到了節能降耗的目的。

(4)項目技術操作界面友好，操作簡單。采用直觀明了的人機界面顯示設備的各種狀態，操作人員只需選擇自動/手動的功能，#大化地減少人工對設備的干預，確保系統的動作可靠，維修簡單，具有較高的經濟效益。

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

(6)項目實施，提高勞動生產率，減少操作人員配置。與水泵恒壓供水相結合，實現水泵房無人值守，確保供水的安全可靠的同時，也可以減少人員配置，提高勞動生產率。