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(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約大量的能源，具有很好的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)，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(chǎng)。傳統(tǒng)焦化工藝中主要依靠工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，存在以下幾方面的問題：(1)不能適時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)配比，生產(chǎn)效率較低。(2)由于缺少計(jì)量設(shè)備，人為影響因素較多，物料不能很好控制，浪費(fèi)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(dòng)化程度越來越高及人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，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(diǎn)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(jì)算機(jī)（含組態(tài)軟件）、控制系統(tǒng)（內(nèi)含PLC等）、二次儀表（內(nèi)含計(jì)量儀表和專家調(diào)節(jié)器）、變頻器（型號(hào)為VFD110A43A）、現(xiàn)場(chǎng)操作盤、調(diào)速皮帶秤和圓盤給料機(jī)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(jìn)行配比燒結(jié)而成，其中前三種物料各有兩個(gè)料倉，料倉中物料分別通過各自的圓盤給料機(jī)、并由電子配料皮帶秤計(jì)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(jī) 電機(jī)型號(hào)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(tái)），30t/h（2臺(tái)）。 三、系統(tǒng)的過程控制實(shí)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(jī)給料和調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)速度給料。該系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)進(jìn)行給料。 控制過程主要是通過電子配料皮帶秤對(duì)圓盤給料機(jī)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量，由控制儀表接收稱重信號(hào)和速度信號(hào)，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量，并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號(hào)由RS-485口傳送給工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）、以4～20mA模擬電流信號(hào)傳送給PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將該信號(hào)與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后， 4～20mA的模擬信號(hào)送給變頻器，再由變頻器去調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)流量增大時(shí)，降低圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，反之提高圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使得幾種物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，進(jìn)而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。 系統(tǒng)的參數(shù)及運(yùn)行過程可通過工控機(jī)進(jìn)行設(shè)定和監(jiān)控，也可通過手動(dòng)修改PID調(diào)節(jié)器的值，操作方便，控制可靠，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，形成7個(gè)既相對(duì)獨(dú)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(jì) 1、控制對(duì)象 物料量的改變情況主要是由圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的，即系統(tǒng)最終控制對(duì)象是圓盤給料機(jī)。圓盤給料機(jī)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(fù)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(jī)，其負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電機(jī)的功率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積成比例，即：P=T*n/9550，負(fù)載的速度轉(zhuǎn)矩特性如圖3所示。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩速度特性 3、變頻器型號(hào)的選用 圓盤給料機(jī)的電機(jī)型號(hào)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(yùn)行狀態(tài)，變頻器的額定輸出電流應(yīng)大于電機(jī)額定電流的（1.05-1.1）倍。正常工作中，現(xiàn)場(chǎng)物料的均勻性較好，電機(jī)加減速的頻率相對(duì)來說較低，而且加減速的時(shí)間相對(duì)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(jì)算結(jié)果及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們選用臺(tái)達(dá)公司的變頻器，其型號(hào)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(shí)流量總是在不斷變化，為此，系統(tǒng)的下位機(jī)采用PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器將上位機(jī)送給的流量信號(hào)與給定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差大小，輸出4～20mA信號(hào)去調(diào)節(jié)變頻器，從而達(dá)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(jìn)行調(diào)節(jié)，外部端子采用二線制接法進(jìn)行控制。其主要參數(shù)設(shè)置為：主頻輸入Pr00=1、運(yùn)轉(zhuǎn)指令Pr01=2、電機(jī)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(jī)電源供電 電機(jī)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(shí)或人為將其切除時(shí)，電機(jī)自動(dòng)切換到旁路方式，并根據(jù)實(shí)際需要，參考電流大小來調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)，以恒速運(yùn)行，確保系統(tǒng)不間斷運(yùn)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(xiàng) 因配料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)作及故障，不但不能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)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(shí)，回路經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)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(qiáng)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(dòng)力接地改為單獨(dú)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(dá)到7種。導(dǎo)致需用的給料設(shè)備（圓盤給料機(jī)）較多，進(jìn)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(jì)時(shí)，我們采用2臺(tái)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(shí)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(jì)采用4臺(tái)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(chǎng)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(jìn)行防腐處理；由于現(xiàn)場(chǎng)周圍大功率設(shè)備較多，振動(dòng)較大，安裝時(shí)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(duì)電流容量、短路保護(hù)、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(shí)會(huì)產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足。其二是控制回路，因其信號(hào)較微弱，受外界的干擾較大，選擇和鋪設(shè)時(shí)應(yīng)考慮抗干擾對(duì)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(diǎn)接地；其二是使用屏蔽電纜時(shí)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(jìn)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(duì)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(yùn)行時(shí)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(duì)電源系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是對(duì)稱重信號(hào)和速度信號(hào)干擾特別嚴(yán)重，影響計(jì)量精度，為此，我們對(duì)此信號(hào)進(jìn)行隔離處理，并對(duì)控制儀表電源進(jìn)行處理，從而保證系統(tǒng)高精度運(yùn)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(chǎng)由于棚料導(dǎo)致物流不暢及由于卡料使給料機(jī)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(jī)運(yùn)行時(shí)，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(tái)可節(jié)省功率70Kw，按300×24=7200h/年臺(tái)算，每臺(tái)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(shí)又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。 聯(lián)系方式： 地址：濟(jì)南市英雄山路147號(hào) 電話：0531-82569116 郵箱：xhzh-jn@126.com 或 xionghuazh@163.com