變頻調(diào)速技術(shù)在焦化廠燒結(jié)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要： 本文介紹了變頻技術(shù)在合鋼和新鋼焦化廠配料系統(tǒng)中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，大大提高了工作效率，減輕勞動強度，節(jié)約大量的能源，具有很好的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速 燒結(jié)配料 過程控制 比例調(diào)節(jié) 一.概述 中國是世界最大的焦炭生產(chǎn)國，每年估計有2億噸左右的優(yōu)質(zhì)煤炭用于生產(chǎn)焦炭，僅山西一省的不完全統(tǒng)計，每年煉焦消耗煤炭就超過9,000萬噸，中國焦炭的出口量直接影響著世界市場。傳統(tǒng)焦化工藝中主要依靠工作經(jīng)驗進行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問題：(1)不能適時進行調(diào)節(jié)配比，生產(chǎn)效率較低。(2)由于缺少計量設(shè)備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費現(xiàn)象嚴(yán)重，生產(chǎn)成本大大提高，不合格率較多，造成大量的廢品。 (3)由于物料的粉塵污染較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響工人的身體健康。近幾年來，特別是隨著中國加入WTO以后，工業(yè)過程自動化程度越來越高及人們對環(huán)保意識的增強，變頻技術(shù)以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外得以廣泛應(yīng)用。文中重點介紹變頻調(diào)速技術(shù)在合鋼和新鋼焦化廠燒結(jié)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用。 二、系統(tǒng)工藝流程及主要參數(shù) 焦化廠燒結(jié)配料系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機（含組態(tài)軟件）、控制系統(tǒng)（內(nèi)含PLC等）、二次儀表（內(nèi)含計量儀表和專家調(diào)節(jié)器）、變頻器（型號為VFD110A43A）、現(xiàn)場操作盤、調(diào)速皮帶秤和圓盤給料機等組成。生產(chǎn)的焦碳主要是由石灰石、煤炭、鐵合金、燒結(jié)料等四種物料進行配比燒結(jié)而成，其中前三種物料各有兩個料倉，料倉中物料分別通過各自的圓盤給料機、并由電子配料皮帶秤計量后輸入總輸送帶，再由總輸送帶將混合料送入料倉。系統(tǒng)框圖如圖1所示： 系統(tǒng)框圖 主要參數(shù) （1）圓盤給料機 電機型號為YSP160Mz-4，功率11Kw，轉(zhuǎn)速1140rpm，AC380V，50Hz。 （2）電子配料皮帶秤 皮帶寬度：1000mm；速度：0.5m/s；生產(chǎn)能力：60t/h（5臺），30t/h（2臺）。 三、系統(tǒng)的過程控制實現(xiàn) 電子調(diào)速配料系統(tǒng)通常有兩種調(diào)速方式：調(diào)節(jié)圓盤給料機給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機速度給料。該系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)圓盤給料機進行給料。 控制過程主要是通過電子配料皮帶秤對圓盤給料機輸送的物料進行計量，由控制儀表接收稱重信號和速度信號，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號由RS-485口傳送給工業(yè)控制機（上位機）、以4～20mA模擬電流信號傳送給PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將該信號與內(nèi)部設(shè)定值進行比較運算后， 4～20mA的模擬信號送給變頻器，再由變頻器去調(diào)節(jié)圓盤給料機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)流量增大時，降低圓盤給料機的轉(zhuǎn)速，反之提高圓盤給料機的轉(zhuǎn)速，從而使得幾種物料的流量和階段累計量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，進而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。 系統(tǒng)的參數(shù)及運行過程可通過工控機進行設(shè)定和監(jiān)控，也可通過手動修改PID調(diào)節(jié)器的值，操作方便，控制可靠，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高度自動化，形成7個既相對獨立又相互聯(lián)系的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 四、變頻器控制系統(tǒng)的設(shè)計 1、控制對象 物料量的改變情況主要是由圓盤給料機的轉(zhuǎn)速決定的，即系統(tǒng)最終控制對象是圓盤給料機。圓盤給料機的轉(zhuǎn)速是通過變頻器來控制的，其容量的大小直接涉及到變頻器的選用規(guī)格。 2、負載特性 從上面的控制過程我們可知：變頻器用于控制圓盤給料機，其負載屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，電機的功率與負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積成比例，即：P=T*n/9550，負載的速度轉(zhuǎn)矩特性如圖3所示。 負載轉(zhuǎn)矩速度特性 3、變頻器型號的選用 圓盤給料機的電機型號為YSP160Mz-4，功率11Kw，其額定電流為25A，由于工作中系統(tǒng)一直處于連續(xù)運行狀態(tài)，變頻器的額定輸出電流應(yīng)大于電機額定電流的（1.05-1.1）倍。正常工作中，現(xiàn)場物料的均勻性較好，電機加減速的頻率相對來說較低，而且加減速的時間相對較短，盡管變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的，但根據(jù)計算結(jié)果及設(shè)計經(jīng)驗，我們選用臺達公司的變頻器，其型號規(guī)格為：VFD110A43A。 4、比例調(diào)節(jié)方式 皮帶上的物料不是均勻的，物料的瞬時流量總是在不斷變化，為此，系統(tǒng)的下位機采用PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將上位機送給的流量信號與給定值進行比較，根據(jù)偏差大小，輸出4～20mA信號去調(diào)節(jié)變頻器，從而達到恒定的流量，取得預(yù)期的效果。 5、變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置 主頻輸入由PID調(diào)節(jié)器輸出4～20mA進行調(diào)節(jié)，外部端子采用二線制接法進行控制。其主要參數(shù)設(shè)置為：主頻輸入Pr00=1、運轉(zhuǎn)指令Pr01=2、電機停止方式Pr02=1、最高頻率Pr03=60、最大電壓頻率Pr04=50、最高輸出電壓Pr05=380、最低頻率Pr08=2、最低輸出電壓Pr09=10、外部端子控制Pr38=1。 6、電機電源供電 電機電源采用雙重供電：即變頻器供電和旁路供電，當(dāng)變頻器故障時或人為將其切除時，電機自動切換到旁路方式，并根據(jù)實際需要，參考電流大小來調(diào)節(jié)圓盤給料機，以恒速運行，確保系統(tǒng)不間斷運行，并能保證控制精度在一定的范圍內(nèi)。 五、變頻器使用中的注意事項 因配料系統(tǒng)現(xiàn)場工作環(huán)境較惡劣，一旦使用不正確或設(shè)置不合理，將很容易造成變頻器誤動作及故障，不但不能達到預(yù)期的運行效果，甚至損壞設(shè)備。 1、變頻器受外部的電磁干擾 系統(tǒng)剛投入使用時，回路經(jīng)常發(fā)生誤動作，造成工作失常。經(jīng)調(diào)查，綜合分析后知：系統(tǒng)周圍存放較大功率的設(shè)備，形成強烈的干擾源，通過輻射或電源線侵入變頻器內(nèi)部造成。于是在變頻器的外部采用了噪聲抑制措施，其主要措施是：第一在變頻器輸入端安裝噪聲濾波器，避免了由電源線引起的干擾；第二將變頻器接地端子由以前通過動力接地改為單獨接地；第三在控制柜內(nèi)接觸器的控制線圈上加上RC防沖擊吸收裝置。 2、變頻器的安裝環(huán)境 因系統(tǒng)所配的物料種類較多，達到7種。導(dǎo)致需用的給料設(shè)備（圓盤給料機）較多，進而需用的變頻器數(shù)量較多，變頻器柜內(nèi)溫升較快，變頻器內(nèi)半導(dǎo)體器件容易損壞，設(shè)計時，我們采用2臺變頻器柜，柜內(nèi)變頻器分成上下兩層布置，并在上下變頻器之間加一塊隔板，同時在控制柜后門上部安裝軸流風(fēng)扇，前門下部安裝出口過濾器，和正常設(shè)計采用4臺變頻器柜相比，這樣不僅降低了生產(chǎn)成本，而且還減少了安裝空間；由于現(xiàn)場潮濕、腐蝕性及塵埃較多，容易造成電子器件銹蝕，接觸不良，因而控制柜進行防腐處理；由于現(xiàn)場周圍大功率設(shè)備較多，振動較大，安裝時采用橡膠減振墊。 3、變頻器的接線 變頻器的接線主要包括兩方面：其一是主回路，必須考慮電力線對電流容量、短路保護、電線壓降等因數(shù)，特別注意線路的鋪設(shè)距離，因其線路越長，線壓降就越大，有時會產(chǎn)生電機轉(zhuǎn)矩不足。其二是控制回路，因其信號較微弱，受外界的干擾較大，選擇和鋪設(shè)時應(yīng)考慮抗干擾對策。 4、變頻器的接地 變頻器的接地主要包括三方面：其一弱電壓、電流回路，應(yīng)取一點接地；其二是使用屏蔽電纜時應(yīng)使用絕緣電線，避免屏蔽層與接地通道相連；其三是電線的接地在變頻器側(cè)進行，使用專設(shè)的接地端子，不與其它接地端子共用。 5、變頻器對外界的干擾 目前，變頻器幾乎均采用PWM控制方式，這樣的脈沖調(diào)制形式使得變頻器運行時在電源側(cè)產(chǎn)生高次諧波電流，并導(dǎo)致電壓波形畸變，對電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是對稱重信號和速度信號干擾特別嚴(yán)重，影響計量精度，為此，我們對此信號進行隔離處理，并對控制儀表電源進行處理，從而保證系統(tǒng)高精度運行。 六、結(jié)束語 通過在合鋼和新鋼近幾年的使用情況來看：其一，系統(tǒng)的可靠性好，解決了以前用戶現(xiàn)場由于棚料導(dǎo)致物流不暢及由于卡料使給料機不能正常工作，導(dǎo)致堆料現(xiàn)象等；其二，系統(tǒng)的精度高，單機運行時，精度優(yōu)于±0.5%，控制精度優(yōu)于±1%；其三，節(jié)能效果顯著，經(jīng)核算，采用變頻調(diào)速每臺可節(jié)省功率70Kw，按300×24=7200h/年臺算，每臺可節(jié)省7200×70×0.35=17.64萬元/年；其四，環(huán)境污染程度低?？傊?，該系統(tǒng)自投產(chǎn)以來不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。 聯(lián)系方式： 地址：濟南市英雄山路147號 電話：0531-82569116 郵箱：xhzh-jn@126.com 或 xionghuazh@163.com