浅谈浮法玻璃机电控制单法兰液位变送器应急不间断供水

摘 要 通过对氮氢站的供水方式分析后，采用柴油备用泵应急启动控制供水管道压力，变频器调节使压力维持在 所需的恒定压力值，使整个管道压力维持恒定，实现氮氢站不间断供水循环系统运行，同时达到了节能降耗的目的。 

 

0引言

浮法玻璃生产线运行中，氮氢站是不可缺少的重要部分，其中离心机与空压机是氮氢站的主要设备，而氮氢站的离心机与空压机对循环冷却水泵的依赖很大，只有在冷却水压力大于0.25MPa时才会正常运转；冷却水水压不足0.25MPa的情况下，离心机与空压机就会因低水压报警停车；而离心机与空压机的停车，使得氮气、氢气与压缩空气的制取工作运行出现停顿，供给浮法玻璃生产线上的保护气体与压缩空气停止供应，影响锡槽气氛，电气设备停止运行，直接造成玻璃生产质量的重大事故。由于企业处于僻壤山区经常遭受打雷与阵雨袭击，使得循环水泵停电而停止运行。因此，怎样控制氮氢站循环水泵正常供水是急需解决的技术问题。为解决不间断对氮氢站供水，采用柴油备用泵应急启动实现设备电气精que控制供水管道压力，提供一种氮氢站不间断供水系统，抗击干扰保障浮法玻璃生产正常运行。

 

1氮氢站不间断供水系统特性分析

目前，玻璃行业对于氮氢站的供水方式主要有直接供水方式与安保水塔的方式。大多数玻璃企业采用直供水的方式；部分玻璃企业采用水泵给安保水塔供水，再由水塔给车间供水的方式。

（1）采用直供水的方式。在停电或是水泵故障时，会导致水泵无法正常工作，引发水管内部的水压在30s内下降。这种情况下，只能通过在供电恢复后重新起动水泵，使水压恢复正常后，才能起动氮氢站设备，恢复水、气供应，继而具备正常生产的条件。因此，当受干扰时，如采用直接供水方式使得浮法玻璃生产处理故障很被动。

（2）采用安保水塔的方式。一般为稳定供水压力，安保水塔的水位需在40~45m之间，刚好近似满足4.0～4.5Pa的压力。当发生停电事故时，安保水塔的水位随着用水量的增加会不断降低，这时供水压力也随之降低，只有在设备恢复正常运行后供水压力才能稳定。

（3）采用直接供水方式或安保水塔的方式，在发生事故时，氮氢站的供水量以及供水压力的稳定性无法从根本上得到保证。

（4）为解决不间断对氮氢站供水以及实现精que控制供水管道压力，提供一种玻璃生产机电控制单法兰液位变送器,进行应急处理，实现氮氢站不间断供水的基本工作系统。选择使用单法兰液位变送器设备，启动机电一体化的控制软件程序，按照单法兰液位变送器工作原理及其单法兰液位变送器智能控制器，基于单法兰液位变送器的应急不间断自动供水管路，由可编程控制器作为逻辑运算器，响应时间快，动作可靠，可查询事故记录，操作维护简单。

2单法兰液位变送器工作原理及其智能控制器

2.1单法兰液位变送器工作原理

柴油机高压油泵是个柱塞式油泵。其工作原理是，通过对柱塞的轴向角度旋转来调整柱塞有效压距，达到油泵控制压油量，由发动机曲轴转动通过齿轮带动凸轮轴上凸轮旋转，凸轮对油泵顶杆上滑轮作一顶一放周期运动，使柱塞在柱塞套内做往复运动，在泵的进出两油阀配合下来完成吸油和压油，使其瞬间产生10MPa以上高压，并将柴油通过喷油管路、喷油器等雾状喷入近6MPa的机体燃烧室产生燃烧爆发作功，通过气缸、活塞连杆、曲轴等机构产生旋转动力。在高压（6MPa）下，把柴油雾状喷入燃烧爆发，产生动力。油泵动力来源是发动机带动曲轴，曲轴传动到柱塞泵，瞬间产生高压。通过柴油箱把油输入油泵，经过高压转速压缩柴油后高压油管连接油嘴喷进发动机活塞上爆发一股推动力启动单法兰液位变送器工作。

每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程。由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16～22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，同时温度高达750～1000℃（而汽油机在此时的混合气压力为0.6～1.2MPa，温度达600～700℃），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便 立即自行发火燃烧，气缸内的气压急速上升到 6～9MPa，温 度也升到 2000～2500℃。

 

2.2 单法兰液位变送器变频调速原理

单法兰液位变送器调速器一般都是机械离心式调速器，利用调速弹 簧的预紧力和飞锤的离心力相平衡的原理，来调控转速和供 油量相平衡，在发动机运行中调速手柄控制调速弹簧的预紧力，预紧力加大时，推动供油齿条加大供油量，油量的增加使转速升高，飞锤的离心力也相应地增大，飞锤的离心力则推动供油齿条减小供油量，这样就使供油量和转速平衡在某一 点上。而变频器具有无极调速的能力，其频率变化与转速成线性关系，具有较好的输出特性，选择有转矩补偿的国内外一线品牌的变频器完全可以满足设计要求。 根据异步电机的转速公式：

 

 

2.3单法兰液位变送器联动空压机变频节能技术

在浮法玻璃行业，生产用水用气对压力和流量的要求很高，且不能停气停水，因此选用空压机进行变频技术达到节能效果。

通过空压机一台在自动状态下根据总管压力自动调节变频器的频率，维持总管压力在6.3～6.5Pa之间，另外一台可以在工频状态运行；当变频运行的这台机发生故障时，工频运行的这台机可以自由切换到变频运行，空压机与变频系统采用硬接线电气互锁，确保系统的安全稳定。

整套系统是由变频器、空压机切换柜、压力变送器、电机、空压机转子组成的压力闭环控制系统。变频系统根据压力传感器提供的压力信号，将管网实际压力与设定的基准压力比较，通过PID控制器调节变频器频率从而控制电机转速，使压力维持在所需的恒定压力值。当用气量增大时，实际压力低于设定的基准压力时，变频器输出频率升高，电机的转速提高，使单位时间内空压机的出力提高；当用气量减小时，实际压力高于设定的基准压力，变频器输出频率下降，电机的转速也降低，使单位时间内空压机的出力减小。这样就能使整个管道压力维持恒定，达到了节能降耗的目的。具备变频/工频自由切换功能的两台空压机组，不仅保证了系统供气的稳定可靠，#大限度地利用了变频器，而且降低了设备损耗，减小了维修成本。控制主系统框图见图1。

 

 

本系统具备手动/自动切换以及工频/变频切换的功能，操作人员只需在控制面板上选择相应的功能即可。当1#机变频运行时，2#机只能选择工频运行，反之亦然。

系统运行在自动状态时，操作人员只需在人机界面输入所需的目标压力即可，PLC根据设定压力与压力传感器反馈的压力数值作比较自动调节变频器的频率，同时将运行过程中的变频器电流、电压与频率反馈给PLC，PLC实时在人机界面显示相关数值与运行状态。本系统具备较高的冗余性能，保证了变频系统的持续运行，提高了节能效率，同时也保证了电气设备运行的安全性。人机界面的采用不仅操作友好，而且维修简单。

3氮氢站的循环不间断供水系统技术方案

3.1不间断供水系统技术方案

为了解决氮氢站的循环不间断供水的技术问题，提供了一种解决事故时供水停顿或供水压力不稳、供水持续性不佳的办法。技术创新点在于采用技术成熟的可编程控制来实时检测供水压力、水泵运行状态，在断电异常情况下，自备电源控制系统能实现快速地起动应急单法兰液位变送器启动，恢复供水的能力。氮氢站的循环不间断供水系统，可以实现手动/自动切换、自动化程度较高、响应时间短、动作可靠性高，减少了人为干预。其硬件组成和动作原理如下：

图2所示的是氮氢站供水系统控制流程图。该系统保证了在发生停电事故或设备故障时的供水不间断以及供水压力稳定。

 

 

 

图3所示的是三台水泵与一台处于热备用状态的单法兰液位变送器与主供水管连接在一起，在正常情况下两台水泵运行时其供水量和供水压力可以满足生产工艺需要，另一台水泵处于备用状态。发生设备故障或停电时，主供水管上的压力变送器检测水流压力并反馈给可编程控制器，可编程控制器进行逻辑运算，判断是停电引起供水压力下降还是设备故障引起的供水压力下降。

 

 

3.2故障引起停机时启动应急系统

当电网停电引起的设备停机时，系统5s内没有检测到来电信号立即起动处于热备用状态的单法兰液位变送器，单法兰液位变送器自动加载，当单法兰液位变送器出口压力达到0.16MPa时，出口单向阀打开，主供水管供水压力恢复正常。电网恢复供电时，水泵人工开启后，系统5s后自动停止单法兰液位变送器，单法兰液位变送器出口单向阀关，供水恢复正常。 设备电气发生故障引起停机时，主供水管水压低于0.4MPa时，系统起动处于热备用状态的单法兰液位变送器，单法兰液位变送器自动加载，当单法兰液位变送器出口压力达到0.16MPa时，出口单向阀打开，主供水管供水压力恢复正常。操作人员确认故障解除，水泵恢复正常运行，必须手动停止单法兰液位变送器。设备故障的情况下设置人工停止的目的在于确保系统在故障没有解除时的误动作，保证供水的持续不断。

而采用机电设备控制单法兰液位变送器应急不间断供水系统，是由可编程控制器作为逻辑运算器，响应时间快，动作可靠，可查询事故记录，操作维护简单。基于单法兰液位变送器的应急不间断自动供水技术采用压力变送器检测主供水管压力，并以4~20mA的信号传输至可编程控制器，能实现实时压力监控，与此同时，水泵的运行状态也由可编程控制器实时监控，一旦发生水泵停机即可认为设备故障从而起动应急单法兰液位变送器。见图2、见图3。

4实施效果

(1)项目技术投资少，使用效果明显，回报高。相比采用安保水塔的供水方案，单法兰液位变送器自起动不间断供水方案投资少、占地面积小，更重要的是只要燃料充足，理论上不存在供水量小和供水压力下降的风险，可以持续供水，杜绝因供水中断引起的生产异常。

(2)项目技术应急响应时间短，控制精度高。由于采用了可编程逻辑控制器和空压机压力变送器，系统对主水管的供水压力非常敏感，并且对事故的响应时间可达到毫秒级，在停电和设备故障的两种极端情况下，主供水管在25s内即可恢复供水压力，完全满足现代玻璃企业对供水的要求。

(3)项目技术涉及整套系统是由变频器、空压机切换柜、压力变送器、电机、空压机转子组成的压力闭环控制系统。变频系统根据压力传感器提供的压力信号，将管网实际压力与设定的基准压力比较，通过PID控制器调节变频器频率从而控制电机转速，使压力维持在所需的恒定压力值，根据用气量大小，变频器调节，使整个管道压力维持恒定，达到了节能降耗的目的。

(4)项目技术操作界面友好，操作简单。采用直观明了的人机界面显示设备的各种状态，操作人员只需选择自动/手动的功能，#大化地减少人工对设备的干预，确保系统的动作可靠，维修简单，具有较高的经济效益。

(5)应用前景广泛。单法兰液位变送器不间断供水方案不仅在玻璃行业具有巨大的应用价值，在其他对供水要求较高的工矿企业同样也具有广泛的应用前景。

(6)项目实施，提高劳动生产率，减少操作人员配置。与水泵恒压供水相结合，实现水泵房无人值守，确保供水的安全可靠的同时，也可以减少人员配置，提高劳动生产率。