0 引言

隨著國防事業和工業技術的快速發展，對各種特殊材料的應用越來越廣泛，故各企業相繼需要的各種形式的真空爐也越來越多。過去，一臺真空爐配置一套冷卻系統，其弊端是總的造價高、運行成本昂貴、設備占地面積大、冷卻水流量和溫度不能很好的得到保證。那么，能否選用一套技術比較先進、自動化程度高的集中水冷卻系統來解決上述問題呢?經過多方的考察論證，認為集中冷卻系統完全可以解決上述問題，并且根據現有的科技水平，可以使此系統不但能滿足各真空爐的工藝要求，而且具有造價低、可靠性高的優勢，并且可以實現智能無人值守功能。目前，該集中水冷卻系統在西安某大型軍工企業的項目中已成功運行了三年多。

1 集中水冷卻系統介紹

1.1 系統性能要求

為保證企業十幾臺真空爐的可靠運行，使冷卻用水的流量、壓力、溫度符合要求，根據實際情況對集中水冷卻系統提出的性能要求為：

1)要求冷卻水的壓力和流量滿足各真空爐的運行需要;

2)冷卻水的溫度≤31℃;

3)冷卻水采用軟化水，并且要求循環使用;

4)系統全自動化、可靠性高、有故障自動識別能力;

5)系統具有各種報警保護功能。

1.2 系統構成

集中水冷卻系統構成如圖1所示。軟化水處理設備將自來水制備成軟化水，存于地下的循環水池中，4 臺大功率的自吸循環泵將循環水池中的軟化水送給各真空爐。在送到真空爐之前，軟化水在汽水混合冷卻器中被冷卻，汽水混合冷卻器由熱交換器、2臺噴淋泵和3 臺排風機組成，熱交換器由帶有切擠翅片的紫銅管焊接而成。

2 電氣系統設計

2.1 電氣系統的設計思想

1)系統采用集中控制方式;

2)系統具有自動運行方式，同時兼有手動操作功能;

3)要求操作簡單明了;

4)系統具有故障識別、判斷能力和處理故障的應變能力;

5)為提高可靠性和節約成本，要求4 臺循環水泵互為備用，并且1臺為變頻器所控制;

6)要求2 臺噴淋泵互為備用;

7)根據水的壓力能夠自動切換循環水泵;

8)根據冷卻水的溫度，能夠自動啟動噴淋泵、各排風機、供水電動閥;

9)具備各種聯鎖保護功能。

2.2 系統硬件的組成

該集中水冷卻系統由1 套可編程控制器(PLC)、1 臺變頻器、傳感器、檢測顯示儀表等組成，如圖2 所示。

控制系統以PLC 為核心，所有的設備通過PLC 得以控制，PLC 具有可靠性高、抗干擾能力強、可維護性好等特點;變頻器(VVVF)用于啟動各循環水泵，并且始終保持有一臺水泵在變頻運行;現場采集到的溫度、壓力信號不但送顯示儀表顯示，而且將該信號送PLC，PLC根據接收到的溫度、壓力信號自動控制變頻器、循環水泵、噴淋泵、排風機、電動閥等的運行;各個設備的各種狀態、故障等也通過PLC分析以后顯示出來。

2.2.1 PLC的選用

PLC 選用日本OMRON公司的CQM1H 型，模塊配置如下。

PLC 主機CQM1H-CPU51 1塊

PLC 電源CQM1-PA206 1塊

16 路DI模塊CQM1-ID212 2塊

16 路DO模塊CQM1-OC222 3塊

4 通道AI模塊CQM1-AD042 2塊

2 通道AO模塊CQM1-DA022 1 塊

模擬量電源模塊CQM1-IPS01 1塊

模擬量電源模塊CQM1-IPS02 1塊

2.2.2 變頻器的選用

變頻器選用ABB公司的ACS401 型。該變頻器可靠性高，其內部建立有多個應用宏，因此使參數的設定非常容易，其用于閉環過程控制的PID宏功能十分強大，集中水冷卻系統恒壓控制的PID 調節就應用了該PID 宏。圖3 為循環水泵控制電氣圖，KA 用于變頻器的啟動，KM1A、KM2A、KM3A、KM4A為各循環泵選擇變頻器控制運行的接觸器，KM1B、KM2B、KM3B、KM4B為各循環泵選擇市電供電運行的接觸器。

2.3 系統軟件的實現

系統軟件程序包括手動控制與自動控制、安全保護和故障報警三部分。