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罗克韦尔自动化PowerFlex 7000变频器在在铁矿管道输送智能计量系统中的应用


http://www.iianews.com 罗克韦尔自动化 变频器 铁矿 管道输送 PLC 2012年01月16日

       在大红山的铁矿管道运输设施中,根据管道的工艺和管道运行经验选用了罗克韦尔自动化的平台,包括在多级泵站系统中采用了 PowerFlex 7000 中压变频器,为主泵配备了 SLC500 系列控制器等,凭借这些稳定的高品质产品,整个管道在大红山的苛刻环境下始终保持着良好的运行状态。

 

        随着中国经济的迅速发展, 对钢材的需求日益增加。铁矿石是钢铁生产的主要原料,其来源与运输直接关系到钢铁生产企业的存亡。过去,云南省因为省内铁矿石供应不足,需利用海外铁矿石,但云南省地处西南高原,远离海港,运输成本非常高。现在经多年勘探,在云南省发现了一些大储量铁矿山,大红山铁矿就是其中之一。不过这些矿山地处崇山峻岭,交通不便,如何高效率、低成本地将每年数百万吨的铁精矿运输到冶炼工厂是一个难题。更困难的是,在大量铁精矿的运输过程中还必须尽可能地避免因抛洒而造成的资源浪费和对自然环境的污染。
        铁精矿的陆上长距离运输可以采用公路、铁路和管道等多种方式。大红山铁矿从矿区至昆钢冶炼厂区的公路为299km,路况很差,难以实现大规模公路运输,且公路运输费用高,环境污染严重。新建铁路则难度很高,且所需投资大,环境污染也较严重。而管道运输具有密闭、高效、经济、节能和环保等多方面的优势。因此,大红山铁精矿最终采用了通过管道进行运输。
        然而, 从大红山铁矿到昆钢冶炼厂区需穿越崇山峻岭,沿途大 U 型地形多、隧道多,输送管线达到国内最长的171km,矿浆扬送高差更是达到国际上空前的 1520m,因而矿浆输送压力也达到国际上最高的 24.44Mpa(与秘鲁的安塔密娜铜锌金矿管道相同),这些都对管道运输的技术和管理提出了新的、更高的要求。根据大红山铁精矿管道输送的特点,为保证矿浆输送管道安全、平稳、经济、环保地运行,研究新的管道输送控制与管理体系就变得尤为重要。
        为确保该系统安全、稳定而高效地运行,大红山管道系统采用了罗克韦尔自动化的平台。罗克韦尔自动化的管理和控制集成系统支持各种各样的 HMI 硬件平台,可完美集成多种 HMI 接口。通过罗克韦尔自动化平台,控制室可对大红山管道运行情况进行实时监视,从而确保整个系统保持稳定、安全和高效。由于该平台可支持所有 OPC 标准设备,能实现可靠的连续数据采集,为智能计量系统提供了有效保护。
        经过长达 4 年的运行,再次证明了在罗克韦尔自动化平台上设计和开发的产品都极为可靠、稳定,并具有高品质。其中具有多级压力供给能力的站便采用了罗克韦尔的变频器。Allen-Bradley PowerFlex 7000 中压变频器是行业内优秀的通用中压变频器。六脉冲电流变频器基于 CSI-PWM 技术(电流源逆变器技术 (CSI) 与脉宽调制技术 (PWM) 的结合),带来了不同寻常的控制性能。PowerFlex 7000 中压变频器在这 4 年中保证了多级泵站良好稳定的工作。
        主泵配备了 SLC500 系列控制器,这些都符合项目的需求。它们采用模块化设计,抗冲击,耐热,可以在大红山的苛刻环境下良好运行。罗克韦尔自动化Allen-Bradley SLC500 系列产品也是公认的功能强大而又极为可靠的小型逻辑控制器解决方案。
        针对大红山铁精矿管道输送的特点,根据管道工艺及管道运行经验,并结合自动控制、通信网络、软件编程、计量等技术,最终成功开发出了管道输送计量系统,为大红山铁精矿输送管道的安全、经济运行提供了保障。
       
一、铁精矿管道输送计量系统的特点
        由于矿浆浆体特殊的物理性质,长距离矿浆管道输送过程中流量的测量和计量一直是行业内难以解决的问题。目前世界范围内还没有一种能够对矿浆流量进行准确计量的仪表。而矿浆流量又是矿浆输送过程中必要的监测数据。在大红山的管道设施中,根据管道的工艺和管道运行经验选用了罗克韦尔自动化的平台,包括在多级泵站系统中采用了 PowerFlex 7000 中压变频器,为主泵配备了 SLC500 系列控制器等,凭借这些稳定的高品质产品,整个管道在大红山的苛刻环境下始终保持着良好的运行状态。在此基础上,结合自动控制、通信网络、软件编程、计量等技术,建立了管道输送计量的数学模型。从而最终成功开发出了针对大红山管道浆体输送的“昆明大红山铁精矿管道输送计量系统”。该系统投入使用后,完全替代了管道中的原有设计 。
        昆明大红山铁精矿管道输送计量系统的特点如下:
        (1) 罗克韦尔自动化的平台保证了计量系统数据的准确性和稳定性。
        (2) 无论管道中运行的是水还是矿浆,系统均能准确测量出管道内输送物质的瞬时流量。
        (3) 系统结合了管道运行工艺,可以智能判断出管道内输送的物质。
        (4) 系统中融入了信息技术和网络安全技术,实现了只要有互联网就能监控其数显的功能。
       
二、铁精矿管道运输中运量计量的数学模型
        由于矿浆密度ρ随工况不同(例如打水、打浆以及浆头、浆尾)连续变化,因此ρslurry 是时间t的函数ρslurry (t)。对于定排量活塞隔膜泵,可以用活塞往复次数S的不断递增来代替时间t的递增,因此ρslurry(t) 可以改写为ρslurry(s) 。活塞经过ds次往复(时间为 dt),泵送的矿浆体积为

        
        式中,Vo 为活塞单次往复的理想泵送体积;η为活塞泵送体积经验系数(活塞泵送的效率);Vslurry 为浆体体积。于是,活塞在 s 次往复(时间为 t)内泵送的矿浆总体积和总质量分别为
        (2)
        (3)

 [1]  [2] 

 
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