变频调速技术在焦化厂烧结配料系统中的应用

摘要：
本文介绍了变频技术在合钢和新钢焦化厂配料系统中的应用，与传统的生产工艺相比，大大提高了工作效率，减轻劳动强度，节约大量的能源，具有很好的经济效益。

关键词：
变频调速  烧结配料  过程控制  比例调节  

一.概述
中国是世界最大的焦炭生产国，每年估计有2亿吨左右的优质煤炭用于生产焦炭，仅山西一省的不完全统计，每年炼焦消耗煤炭就超过9,000万吨，中国焦炭的出口量直接影响着世界市场。传统焦化工艺中主要依靠工作经验进行调节，存在以下几方面的问题：(1)不能适时进行调节配比，生产效率较低。(2)由于缺少计量设备，人为影响因素较多，物料不能很好控制，浪费现象严重，生产成本大大提高，不合格率较多，造成大量的废品。 (3)由于物料的粉尘污染较严重，严重影响工人的身体健康。近几年来，特别是随着中国加入WTO以后，工业过程自动化程度越来越高及人们对环保意识的增强，变频技术以其优异的性能，在国内外得以广泛应用。文中重点介绍变频调速技术在合钢和新钢焦化厂烧结配料系统中的应用。

二、系统工艺流程及主要参数
   焦化厂烧结配料系统主要由工业控制计算机（含组态软件）、控制系统（内含PLC等）、二次仪表（内含计量仪表和专家调节器）、变频器（型号为VFD110A43A）、现场操作盘、调速皮带秤和圆盘给料机等组成。生产的焦碳主要是由石灰石、煤炭、铁合金、烧结料等四种物料进行配比烧结而成，其中前三种物料各有两个料仓，料仓中物料分别通过各自的圆盘给料机、并由电子配料皮带秤计量后输入总输送带，再由总输送带将混合料送入料仓。系统框图如图1所示：

闭环控制系统结构框图

四、变频器控制系统的设计
1、控制对象
物料量的改变情况主要是由圆盘给料机的转速决定的，即系统最终控制对象是圆盘给料机。圆盘给料机的转速是通过变频器来控制的，其容量的大小直接涉及到变频器的选用规格。

2、负载特性
从上面的控制过程我们可知：变频器用于控制圆盘给料机，其负载属于恒转矩负载，电机的功率与负载转矩和转速的乘积成比例，即：P=T*n/9550，负载的速度转矩特性如图3所示。

负载转矩速度特性

3、变频器型号的选用
圆盘给料机的电机型号为YSP160Mz-4，功率11Kw，其额定电流为25A，由于工作中系统一直处于连续运行状态，变频器的额定输出电流应大于电机额定电流的（1.05-1.1）倍。正常工作中，现场物料的均匀性较好，电机加减速的频率相对来说较低，而且加减速的时间相对较短，尽管变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决定的，但根据计算结果及设计经验，我们选用台达公司的变频器，其型号规格为：VFD110A43A。

4、比例调节方式
皮带上的物料不是均匀的，物料的瞬时流量总是在不断变化，为此，系统的下位机采用PID调节器。调节器将上位机送给的流量信号与给定值进行比较，根据偏差大小，输出4～20mA信号去调节变频器，从而达到恒定的流量，取得预期的效果。

5、变频器内部参数设置
主频输入由PID调节器输出4～20mA进行调节，外部端子采用二线制接法进行控制。其主要参数设置为：主频输入Pr00=1、运转指令Pr01=2、电机停止方式Pr02=1、最高频率Pr03=60、最大电压频率Pr04=50、最高输出电压Pr05=380、最低频率Pr08=2、最低输出电压Pr09=10、外部端子控制Pr38=1。

6、电机电源供电
电机电源采用双重供电：即变频器供电和旁路供电，当变频器故障时或人为将其切除时，电机自动切换到旁路方式，并根据实际需要，参考电流大小来调节圆盘给料机，以恒速运行，确保系统不间断运行，并能保证控制精度在一定的范围内。

五、变频器使用中的注意事项
因配料系统现场工作环境较恶劣，一旦使用不正确或设置不合理，将很容易造成变频器误动作及故障，不但不能达到预期的运行效果，甚至损坏设备。

1、变频器受外部的电磁干扰
系统刚投入使用时，回路经常发生误动作，造成工作失常。经调查，综合分析后知：系统周围存放较大功率的设备，形成强烈的干扰源，通过辐射或电源线侵入变频器内部造成。于是在变频器的外部采用了噪声抑制措施，其主要措施是：第一在变频器输入端安装噪声滤波器，避免了由电源线引起的干扰；第二将变频器接地端子由以前通过动力接地改为单独接地；第三在控制柜内接触器的控制线圈上加上RC防冲击吸收装置。

2、变频器的安装环境
因系统所配的物料种类较多，达到7种。导致需用的给料设备（圆盘给料机）较多，进而需用的变频器数量较多，变频器柜内温升较快，变频器内半导体器件容易损坏，设计时，我们采用2台变频器柜，柜内变频器分成上下两层布置，并在上下变频器之间加一块隔板，同时在控制柜后门上部安装轴流风扇，前门下部安装出口过滤器，和正常设计采用4台变频器柜相比，这样不仅降低了生产成本，而且还减少了安装空间；由于现场潮湿、腐蚀性及尘埃较多，容易造成电子器件锈蚀，接触不良，因而控制柜进行防腐处理；由于现场周围大功率设备较多，振动较大，安装时采用橡胶减振垫。

3、变频器的接线
变频器的接线主要包括两方面：其一是主回路，必须考虑电力线对电流容量、短路保护、电线压降等因数，特别注意线路的铺设距离，因其线路越长，线压降就越大，有时会产生电机转矩不足。其二是控制回路，因其信号较微弱，受外界的干扰较大，选择和铺设时应考虑抗干扰对策。

4、变频器的接地
变频器的接地主要包括三方面：其一弱电压、电流回路，应取一点接地；其二是使用屏蔽电缆时应使用绝缘电线，避免屏蔽层与接地通道相连；其三是电线的接地在变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其它接地端子共用。

5、变频器对外界的干扰
    目前，变频器几乎均采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并导致电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，特别是对称重信号和速度信号干扰特别严重，影响计量精度，为此，我们对此信号进行隔离处理，并对控制仪表电源进行处理，从而保证系统高精度运行。

六、结束语
通过在合钢和新钢近几年的使用情况来看：其一，系统的可靠性好，解决了以前用户现场由于棚料导致物流不畅及由于卡料使给料机不能正常工作，导致堆料现象等；其二，系统的精度高，单机运行时，精度优于±0.5%，控制精度优于±1%；其三，节能效果显着，经核算，采用变频调速每台可节省功率70Kw，按300×24=7200h/年台算，每台可节省7200×70×0.35=17.64万元/年；其四，环境污染程度低。总之，该系统自投产以来不但保证了产品的质量和产量，同时又克服了环境污染问题，为企业创造良好的经济效益。

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