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變頻器在燒結配料系統中的應用

我國傳統焦化長度自動配料工藝中主要依靠工作經驗進行調節，存在以下幾方面的問題：

(1)不能適時進行調節燒結配料配比，生產效率較低。

(2)由于缺少稱重設備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費現象嚴重，生產成本大大提高，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重，嚴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，工業過程自動化程度越來越高及人們對環保意識的增強，變頻技術以其優異的性能，在國內外得以廣泛應用。文中重點介紹變頻調速技術在合鋼和新鋼焦化廠燒結配料系統中的應用。

我國是世界最大的焦炭生產國家，每年估計有2億噸左右的優質煤炭用于生產焦炭，僅山西一省的不完全統計，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。

系統工藝流程及主要參數

焦化廠燒結配料系統主要由工業控制計算機（含組態軟件）、控制系統（內含plc等）、二次儀表（內含計量儀表和專家調節器）、變頻器、現場操作盤、調速皮帶秤和圓盤給料機等組成。生產的焦碳主要是由石灰石、煤炭、鐵合金、燒結料等四種物料進行配比燒結而成，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。

主要參數

（1）圓盤稱重給料機

電機型號為ysp160mz-4，功率11kw，轉速1140rpm，ac380v，50hz。

（2）電子配料皮帶秤

皮帶寬度：1000mm；速度：0.5m/s；生產能力：60t/h（5臺），30t/h（2臺）。

系統的過程控制實現

電子調速燒結配料系統通常有兩種調速方式：調節圓盤給料機給料和調節皮帶輸送機速度給料。該系統采用調節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，經處理后轉化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號由rs-485口傳送給工業控制機（上位機）、以4～20ma模擬電流信號傳送給pid調節器，調節器將該信號與內部設定值進行比較運算后， 4～20ma的模擬信號送給變頻器，再由變頻器去調節圓盤給料機的轉速，當流量增大時，降低圓盤給料機的轉速，反之提高圓盤給料機的轉速，從而使得幾種物料的流量和階段累計量均保持在設定的范圍內，進而得到可靠的產品質量。

系統的參數及運行過程可通過工控機進行設定和監控，也可通過手動修改pid調節器的值，操作方便，控制可靠，整個系統實現了高度自動化，形成7個既相對獨立又相互聯系的閉環控制系統。

變頻器控制系統的設計

變頻器受外部的電磁干擾

燒結配料系統剛投入使用時，回路經常發生誤動作，造成工作失常。經調查，綜合分析后知：系統周圍存放較大功率的設備，形成強烈的干擾源，通過輻射或電源線侵入變頻器內部造成。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；第三在控制柜內接觸器的控制線圈上加上rc防沖擊吸收裝置。

變頻器的安裝環境

因系統所配的物料種類較多，達到7種。導致需用的給料設備（圓盤給料機）較多，進而需用的變頻器數量較多，變頻器柜內溫升較快，變頻器內半導體器件容易損壞，設計時，我們采用2臺變頻器柜，柜內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扇，前門下部安裝出口過濾器，和正常設計采用4臺變頻器柜相比，這樣不僅降低了生產成本，而且還減少了安裝空間；由于現場潮濕、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；由于現場周圍大功率設備較多，振動較大，安裝時采用橡膠減振墊。

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，特別注意線路的鋪設距離，因其線路越長，線壓降就越大，有時會產生電機轉矩不足。其二是控制回路，因其信號較微弱，受外界的干擾較大，選擇和鋪設時應考慮抗干擾對策。

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，應取一點接地；其二是使用屏蔽電纜時應使用絕緣電線，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進行，使用專設的接地端子，不與其它接地端子共用。

變頻器對外界的干擾

目前，變頻器幾乎均采用pwm控制方式，這樣的脈沖調制形式使得變頻器運行時在電源側產生高次諧波電流，并導致電壓波形畸變，對電源系統產生嚴重影響，特別是對稱重信號和速度信號干擾特別嚴重，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，從而保證系統高精度運行。

通過在合鋼和新鋼近幾年的使用情況來看：其一，系統的可靠性好，解決了以前用戶現場由于棚料導致物流不暢及由于卡料使給料機不能正常工作，導致堆料現象等；其二，系統的精度高，單機運行時，精度優于±0.5%，控制精度優于±1%；其三，節能效果顯著，經核算，采用變頻調速每臺可節省功率70kw，按300×24=7200h/年臺算，每臺可節省7200×70×0.35=17.64萬元/年；其四，環境污染程度低。總之，該燒結配料系統自投產以來不但保證了產品的質量和產量，同時又克服了環境污染問題，為企業創造良好的經濟效益。

控制對象

物料量的改變情況主要是由圓盤給料機的轉速決定的，即系統最終控制對象是圓盤給料機。圓盤給料機的轉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格。

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，其負載屬于恒轉矩負載，電機的功率與負載轉矩和轉速的乘積成比例，即：p=t*n/9550。

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，由于工作中系統一直處于連續運行狀態，變頻器的額定輸出電流應大于電機額定電流的（1.05-1.1）倍。正常工作中，現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矩是由變頻器的最大輸出電流決定的，但根據計算結果及設計經驗，我們選用創杰公司的變頻器，其型號規格為：act產品。

比例調節方式

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，系統的下位機采用pid調節器。調節器將上位機送給的流量信號與給定值進行比較，根據偏差大小，輸出4～20ma信號去調節變頻器，從而達到恒定的流量，取得預期的效果。

變頻器內部參數設置

主頻輸入由pid調節器輸出4～20ma進行調節，外部端子采用二線制接法進行控制。其主要參數設置為：主頻輸入pr00=1、運轉指令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。

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，并根據實際需要，參考電流大小來調節圓盤給料機，以恒速運行，確保系統不間斷運行，并能保證控制精度在一定的范圍內。

變頻器使用中的注意事項

因配料系統現場工作環境較惡劣，一旦使用不正確或設置不合理，將很容易造成變頻器誤動作及故障，不但不能達到預期的運行效果，甚至損壞設備。