1、基于轮胎行业变频调速水泵负荷平衡控制探讨摘要：在轮胎行业，为控制轮胎硫化高温水供水压力波动范围，采用多台台同型号水泵单独变频控制方式，实验后，在某种情况下易造成其中某台水泵汽化，泵间负荷不平衡。后采用负荷平衡控制方案，水泵可以自动根据负荷启停，也可手动启停，实现在运行的泵间负荷平衡。 关键词：轮胎硫化高温循环水；压力控制；水泵；负荷平衡控制；变频器；输出频率；首选泵；从泵。 Abstract: in the tire industry, to control the tyre vulcanizing temperature water supply pressure fluctuation r
2、ange, with many sets of the same model pumps single frequency conversion control mode, after the experiment, in some cases easy to cause some pumps vaporization, load imbalance between pump. After using load balance control scheme, the pump automatically according to load rev. Stop, also can manual
3、start-stop, realize load balance between the running pump. Key words: tire vulcanization temperature circulating water; Pressure control; Water pump; Load balancing control; Frequency converter; Output frequency; The preferred pump; From the pump. 中图分类号：U464.138+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）04-000
4、0-00 0、前言 轮胎行业，轮胎硫化高温循环水是重要工艺介质之一，工艺对其压力要求较高，必须控制在标准压力3%的范围内。轮胎硫化高温循环水的压力，是轮胎硫化工艺控制的重要参数，大规模轮胎生产企业，单台水泵的供水能力经常不能满足生产需求，必须采用多台水泵并联运行供水。此时，多台水泵并联运行的负荷平衡问题成了供水系统水压控制的难题。 1、高温水压力控制现状分析 目前，对轮胎硫化高温循环水的压力控制有旁路调节、主回路加旁路调节、变频器加水泵软启动器调节等三种。 1）旁路调节是使用最多的一种压力调节方法，其优点是调节系统简单。缺点是：无论轮胎硫化机开多少台，水泵总处于满负荷运行状态，多余的高温循环水
5、从旁路调节阀泄回去，形成短路循环，造成了不必要的能源浪费；旁路调节阀反映滞后，压力波动较大，调节水压品质不佳。 2）主回路加旁路调节是针对旁路调节的缺点改进的一种形式，与旁路调节相比，其特点是：节约能源，压力调节品质有所提高。主回路加旁路调节的旁路阀，通常处于关闭状态，主调节阀的开度随着硫化机用水量的多少而改变，水泵运行的负荷与主调节阀门的开度成正比，避免了水泵总处于满负荷运行状态，获得节能效果。采用主回路调节，当负荷突然变化时，由于主调节阀前后有压力差，能起到缓冲的作用，对压力调节效果有所提高。缺点是：压力调节品质没有根本改变。 3）水泵同频率并联运行变频器调节，其特点是：用变频器控制水泵转
6、速，反映速度快，压力调节品质高，可控制在标准压力的2%范围内，达到工艺要求。缺点： 多台水泵同频率并联运行时，每台水泵出现带负荷能力不一样，其供出的水量，在大于(n-1)台泵的范围内还可以运行，一旦小于 1 台泵的最大负荷，很容易造成带负荷能力弱的水泵汽化。运行实践证明：同一厂家同型号水泵，在同样转速时，性能是不完全一样的。具体表现在电机消耗的电功率不一样，这种性能上的差别，可能是在生产、装配、安装等过程中造成的。 在轮胎硫化高温循环水压力控制过程中，多台水泵同频率并联运行，实践证明是不可行的。为了满足轮胎硫化时负荷变化大，需要多台水泵同时并联运行的要求，经认真分析与研究，我们探索到了一种合适
7、可行的控制新方法负荷平衡控制，即主泵转速由水压信号控制，从泵变频器的输出自动跟踪主选择泵的运行负荷，此种控制方式。 2、水泵负荷平衡控制及系统组成 所谓负荷平衡控制，就是系统需要多台水泵同时运行时，在保证供水压力稳定的前提下，控制多台泵供水的流量相同。为了达到预想的目的，我们对控制系统软硬件进行了认真的选择。 主控制器采用霍尼威尔控制器，其主要特点是采用模块式结构，硬件安装方便宜，抗干扰能力较强。控制器有 96 个 I/O 输入输出、控制 16个模拟回路。具有丰富的（70 多种）控制算法模块，编程序驵态灵活，可以实现复杂的控制功能。 人机接口使用操作员盘，主要特点是“现场适应性强，图形化的人机
8、接口，彩色触屏显示屏，中文界面。可实现流程图、棒图、趋势图、报警显示等功能。 变频器采用 ABB 公司变频器，该变频器适合应用于风机和泵类的调速，具有节能效果好，控制精度高的特点，性能稳定，维修比较方便。 变频器手动控制采用虹润仪表手动操作器，该仪表功能较全，可灵活的进行参数设定，能满足不同用户的需要。 3、负荷平衡控制的功能 我们设计自动和手动二种工作方式。自动时，由控制器控制泵的启/停和变频器的输出频率；手动时，水泵和变频器是分开的，水泵启/停由按扭控制，变频器的输出频率由手动操作器控制。 3.1 自动运行 将手操器选择开关置于自动状态，设定好水泵的启动顺序，然后再将水泵控制方式开关置于自
9、动位置，系统就自动启动主选泵，主选泵按照设定的压力自动控制变频器的输出频率。从泵变频器的输出自动跟踪主选择泵的运行负荷，并控制水泵运行负荷一致。根据下列情况，系统自动启/停备用泵。 根据水泵的负荷，控制备用泵的启/停。当首选泵负荷达到启泵设定值时，自动启动备用泵；当首选泵负荷达到停泵设定值时，自动停止备用泵。 根据系统的压力启动从泵。当系统压力低于最低压力设定值时，自动启用备用泵。 根据设备的具体情况启动从泵。当首选泵变频器无法运行时（故障或者断电） ，控制系统自动地切除主泵，启动从用泵。 3.2 手动控制 将水泵控制方式开关置于手动位置，然后再将手操器选择开关切到手动状态，运行人员就可以根据
10、需要启动或停止所选的水泵，手动调整变频器的输出频率，使系统的压力满足工艺要求；多泵运行时，要调整各台水泵运行的负荷基本一致。 4、水泵平衡控制的效果 我公司开发的水泵平衡控制方案，2012 年 5 月首次应用于轮胎硫化机高温循环水系统。投运以来，操作人员反映系统运行稳定，操作程序简单。特别是调整变换运行水泵泵时，过去无论怎样认真操作，总会造成系统压力的波动，现在变换运行水泵，只需简单的操作按钮即可，对整个系统的压力没有任何影响。减轻了工人的劳动强度和工作量，提高了系统运行的稳定性和控制精度，彻底解决了多泵并联运行时的压力波动问题，达到了理想效果，大大提高了轮胎质量。 5、总结 水泵平衡控制的方
11、法，适应推广到负荷变化大，需要多泵并联运行，又对压力波动要求严格的系统。同时，此方案也可用 PLC 系统实现，根据习惯灵活选择主控制器品牌。 注意事项： 变频器运行时，产生热量较大，特别是在夏季，一定要注意通风。必要时需要采取强制降温措施，保证环境温度满足说明书要求。 手/自动控制方式切换：无论是自动转手动还是手动转自动，系统均为无扰动切换。但是，在手动转自动时要注意，首选择泵必须正在运行，否则一旦转换，就会停止正在运行的不准，重新启动首选泵，引起系统压力大幅度波动。 变更首选择泵：变更首选泵时，要选择的首选泵必须在运行状态，若不在运行状态，要先将控制方式切换到手动，然后启动要选择的首选泵，再
12、变更首选泵。 程序设计完成以后，PID 参数的调整十分重要。一定要注意从泵跟踪主泵的速度，不能大于主泵跟踪系统的速度。否则，容易引起压力不稳定，严重时会造成系统不能运行。 参考文献： 1廖常初.PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2003. 2韩安荣.通用变频器及其应用M.北京：机械工业出版社，2000. 3李华.变频调速技术在供水系统中的应用.电气传动自动化M.1996. 4龙章眷.PLC 与变频器在自动恒压供水设备中的应用J.科技信息 2007(3):179， 202。 5赵小惠，赵小娥.基于可编程控制器的恒压供水系统设计J.2007(2)：18-20 6刘大铭，沈晖.基于 PLC
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