楊蕾

摘 要：介紹了變頻器在燒結(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用，內(nèi)容包括變頻器的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)，在電機(jī)控制回路中的設(shè)計(jì)，與自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合的設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：變頻器；控制回路；自動(dòng)化

1 前言

鋼鐵企業(yè)內(nèi)有許多要求調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)電氣控制系統(tǒng)有一定的要求。近些年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論，特別是矢量控制技術(shù)以及交流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了交流調(diào)速系統(tǒng)的迅猛發(fā)展。現(xiàn)在交流調(diào)速在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用得相當(dāng)廣泛。

變頻調(diào)速是一種高效率、高性能的調(diào)速方式，變頻器是以微型計(jì)算機(jī)為核心的新一代控制系統(tǒng)和單元，變頻器具有監(jiān)視、保護(hù)、診斷及自復(fù)原等多種功能，從而使一個(gè)十分復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)變成為一個(gè)操作維護(hù)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、而運(yùn)行又十分可靠的具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品。

2 變頻器在燒結(jié)系統(tǒng)中的重要性

現(xiàn)行的燒結(jié)工藝流程，一般包括：原、燃料的接受、貯存及配料，混合，點(diǎn)火燒結(jié)，熱礦破碎，熱礦篩分，冷卻，冷礦篩分及成品的貯存、輸出，返礦貯存、配料等環(huán)節(jié)。這些工藝環(huán)節(jié)中，需要變頻調(diào)速的有如下設(shè)備：一、布料機(jī)，國(guó)內(nèi)的一些重點(diǎn)企業(yè)燒結(jié)廠普遍采用厚料層燒結(jié)，提高料層厚度后，要使燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量不受影響，必須改善料層的透氣性，加強(qiáng)燒結(jié)料層的上部供熱，提高燒結(jié)礦成品率，使燒結(jié)機(jī)的產(chǎn)量變化不受或少受影響。通過(guò)改變布料機(jī)的運(yùn)行速度，使混合料布料滿足布料均勻、有良好的透氣性等基本要求。二、燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)混合料的垂直燒結(jié)速度與原料燒結(jié)特性及料層透氣性有關(guān)，由于每批原料礦的成分不同，燒結(jié)時(shí)間也不相同，根據(jù)不同的原料礦質(zhì)量，燒結(jié)料層的厚度，改變燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)速度，對(duì)于提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量與質(zhì)量，降低能耗，都具有重要意義。三、冷卻機(jī)，根據(jù)料層厚度、單位面積產(chǎn)量、風(fēng)壓與每噸燒結(jié)礦所消耗的冷卻風(fēng)量調(diào)整冷卻時(shí)間，使冷卻機(jī)排出的廢氣溫度有所提高，余熱利用價(jià)值高，燒結(jié)礦的強(qiáng)度相應(yīng)改善。在采用變頻器控制布料機(jī)、燒結(jié)機(jī)和冷卻機(jī)后，燒結(jié)系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置比較完善，勞動(dòng)生產(chǎn)率較高，使燒結(jié)廠的技術(shù)裝備更為先進(jìn)、完善。印度LANCO公司的燒結(jié)工程選用的是SINAMICS G120系列變頻器，下面以此為例，簡(jiǎn)述變頻器的電路設(shè)計(jì)。

3 變頻器在燒結(jié)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)

在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，一定要了解工藝流程、工作環(huán)境、負(fù)載工作方式、控制方式、客戶具體要求等。燒結(jié)工程的工作環(huán)境比較差，所以柜體的防護(hù)等級(jí)選IP54。

變頻器的控制一般采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作和PLC集中控制兩種方式，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作用于設(shè)備的調(diào)試和檢修，正常生產(chǎn)時(shí)，采用PLC集中控制。PLC集中控制有如下優(yōu)點(diǎn)：1）調(diào)速準(zhǔn)確，布料機(jī)、燒結(jié)機(jī)、冷卻機(jī)均由調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，三者的轉(zhuǎn)速要求同步。由PLC統(tǒng)一給定轉(zhuǎn)速，可以避免人工給定轉(zhuǎn)速的差異，完全可以保證轉(zhuǎn)速的一致性；2）便于操作管理，利于實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)自動(dòng)化；3）有利于提高作業(yè)率。

4 變頻器在電機(jī)控制回路中的設(shè)計(jì)

SINAMICS G120是一個(gè)由多種不同功能單元組成的模塊化變頻器。兩種主要的單元是控制單元和功率模塊。

功率模塊的設(shè)計(jì)也是主回路的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)電機(jī)容量選擇功率模塊的型號(hào)，由于可能出現(xiàn)停機(jī)后帶負(fù)載起動(dòng)的情況，所以功率模塊的額定功率一般都選擇比電機(jī)的額定容量大一個(gè)等級(jí)，并選擇幾個(gè)必要的組件：1）斷路器，用于電源回路的開(kāi)閉，容量為變頻器額定電流的1.5倍左右。2）熔斷器，用于保護(hù)線路及變頻器。3）進(jìn)線電抗器，只限于PM240功率模塊，當(dāng)系統(tǒng)的故障率高時(shí)，需要加裝進(jìn)線電抗器以保護(hù)變頻器不受過(guò)大的諧波電流的干擾，防止過(guò)載，將進(jìn)線諧波限制在允許范圍內(nèi)。

控制單元的設(shè)計(jì)大體分為四個(gè)部分：1）數(shù)字量輸入，可編程的帶隔離的數(shù)字輸入，接于控制回路中，用于變頻器的啟動(dòng)、停機(jī)等功能。2）數(shù)字量輸出（也稱為繼電器輸出），可編程的帶隔離的數(shù)字量輸出，通常設(shè)故障輸出和運(yùn)行輸出，分別接入控制回路及送入PLC。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行輸出動(dòng)作，并將運(yùn)行信號(hào)送入中控室顯示以及與其它設(shè)備進(jìn)行連鎖。當(dāng)設(shè)備發(fā)生過(guò)載、欠電壓、短路、過(guò)熱等故障時(shí)，故障輸出動(dòng)作，變頻器停機(jī)并送至中控室顯示故障。3）模擬量輸入，可編程的模擬量輸入，用于變頻器的調(diào)速控制，一個(gè)0-10V的模擬輸入外接電位器，用于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變頻器的轉(zhuǎn)速進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)；一個(gè)4-20mA的模擬輸入直接接入PLC，用于中控室PLC根據(jù)生產(chǎn)情況對(duì)變頻器的轉(zhuǎn)速隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。4）模擬量輸出，可編程的模擬量輸出，用于變頻器的運(yùn)行轉(zhuǎn)速返回，兩個(gè)輸出均為4-20mA信號(hào)，一個(gè)模擬輸出直接接入PLC，可將變頻器的轉(zhuǎn)速值送人中控室PLC，便于操作人員通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一個(gè)模擬輸出外接頻率表，用于現(xiàn)場(chǎng)顯示，便于調(diào)試人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控。

數(shù)字量的輸入信號(hào)、模擬量的輸入、輸出信號(hào)都是弱電信號(hào)，一定要采取信號(hào)隔離，否則控制系統(tǒng)信號(hào)混亂，造成系統(tǒng)不正常，設(shè)計(jì)時(shí)選用屏蔽電纜分開(kāi)傳送。

此外，變頻柜應(yīng)加裝照明及專用冷卻風(fēng)扇。

5 結(jié)束語(yǔ)

變頻調(diào)速是一種最有發(fā)展前途的交流調(diào)速方式，隨著控制方式的不斷改進(jìn)，由簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制轉(zhuǎn)為各種方式的閉環(huán)控制，控制系統(tǒng)向集成化，全數(shù)字化發(fā)展，從而使變頻調(diào)速裝置的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)的性能指標(biāo)都在不斷提高。目前，變頻調(diào)速?gòu)V泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)，在使用變頻器調(diào)速后，燒結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好，自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)速準(zhǔn)確，對(duì)節(jié)能也起到了很大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì). 鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社，2008.

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