變頻器在燒結(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用

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、優(yōu)勢，在電機控制回路中的設(shè)計，與自動化系統(tǒng)結(jié)合的設(shè)計等。

關(guān)鍵詞：變頻器；控制回路；自動化

1 前言

鋼鐵企業(yè)內(nèi)有許多要求調(diào)速的生產(chǎn)機械，對電氣控制系統(tǒng)有一定的要求。近些年來，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，變頻器是以微型計算機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、診斷及自復(fù)原等多種功能，從而使一個十分復(fù)雜的自動化系統(tǒng)變成為一個操作維護簡單、調(diào)試方便、而運行又十分可靠的具有現(xiàn)實應(yīng)用價值的產(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，國內(nèi)的一些重點企業(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)機產(chǎn)量不受影響，必須改善料層的透氣性，加強燒結(jié)料層的上部供熱，提高燒結(jié)礦成品率，使燒結(jié)機的產(chǎn)量變化不受或少受影響。通過改變布料機的運行速度，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，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)機的燒結(jié)速度，對于提高燒結(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，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)整冷卻時間，使冷卻機排出的廢氣溫度有所提高，余熱利用價值高，燒結(jié)礦的強度相應(yīng)改善。在采用變頻器控制布料機、燒結(jié)機和冷卻機后，燒結(jié)系統(tǒng)自動控制裝置比較完善，勞動生產(chǎn)率較高，使燒結(jié)廠的技術(shù)裝備更為先進、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，簡述變頻器的電路設(shè)計。

3 變頻器在燒結(jié)系統(tǒng)中的設(shè)計

在變頻控制系統(tǒng)設(shè)計前，一定要了解工藝流程、工作環(huán)境、負載工作方式、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，所以柜體的防護等級選IP54。

變頻器的控制一般采用現(xiàn)場手動操作和PLC集中控制兩種方式，現(xiàn)場手動操作用于設(shè)備的調(diào)試和檢修，正常生產(chǎn)時，采用PLC集中控制。PLC集中控制有如下優(yōu)點：1）調(diào)速準(zhǔn)確，布料機、燒結(jié)機、冷卻機均由調(diào)速電機驅(qū)動，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，利于實現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)自動化；3）有利于提高作業(yè)率。

4 變頻器在電機控制回路中的設(shè)計

SINAMICS G120是一個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)計也是主回路的設(shè)計，首先根據(jù)電機容量選擇功率模塊的型號，由于可能出現(xiàn)停機后帶負載起動的情況，所以功率模塊的額定功率一般都選擇比電機的額定容量大一個等級，并選擇幾個必要的組件：1）斷路器，用于電源回路的開閉，容量為變頻器額定電流的1.5倍左右。2）熔斷器，用于保護線路及變頻器。3）進線電抗器，只限于PM240功率模塊，當(dāng)系統(tǒng)的故障率高時，需要加裝進線電抗器以保護變頻器不受過大的諧波電流的干擾，防止過載，將進線諧波限制在允許范圍內(nèi)。

控制單元的設(shè)計大體分為四個部分：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、停機等功能。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)故障輸出和運行輸出，分別接入控制回路及送入PLC。當(dāng)設(shè)備正常運行時，運行輸出動作，并將運行信號送入中控室顯示以及與其它設(shè)備進行連鎖。當(dāng)設(shè)備發(fā)生過載、欠電壓、短路、過熱等故障時，故障輸出動作，變頻器停機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0-10V的模擬輸入外接電位器，用于現(xiàn)場對變頻器的轉(zhuǎn)速進行手動調(diào)節(jié)；一個4-20mA的模擬輸入直接接入PLC，用于中控室PLC根據(jù)生產(chǎn)情況對變頻器的轉(zhuǎn)速隨時進行調(diào)節(jié)。4）模擬量輸出，可編程的模擬量輸出，用于變頻器的運行轉(zhuǎn)速返回，兩個輸出均為4-20mA信號，一個模擬輸出直接接入PLC，可將變頻器的轉(zhuǎn)速值送人中控室PLC，便于操作人員通過上位機進行實時監(jiān)控，一個模擬輸出外接頻率表，用于現(xiàn)場顯示，便于調(diào)試人員現(xiàn)場進行監(jiān)控。

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

此外，變頻柜應(yīng)加裝照明及專用冷卻風(fēng)扇。

5 結(jié)束語

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，由簡單的開環(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)速廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)，在使用變頻器調(diào)速后，燒結(jié)系統(tǒng)運行穩(wěn)定良好，自動化系統(tǒng)調(diào)速準(zhǔn)確，對節(jié)能也起到了很大的作用。

參考文獻

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

[2]冶金工業(yè)部長沙黑色冶金礦山設(shè)計研究院. 燒結(jié)設(shè)計手冊[M].冶金工業(yè)出版社，2008.