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烧结皮带变频改造论文

时间:2020-02-15 05:14:54

配料控制是烧结工艺的第1步,它决定着烧结矿的产品性能及技术指标。随着计算机工业应用的普及,各厂普遍采用电子秤和pLC控制技术,实现了皮带上料和配料的自动化。皮带配料控制系统的执行机构,传统上采用滑差电机调速控制与皮带电子秤连接,可以接收4~20mA信号,对控制电机进行大范围的无级调速,手/自动之间是无扰动切换。由于工业现场粉尘大,料粒不稳,料的湿度不匀,当调节范围较小,低速运行时,滑差电机转速波动大,调节效果不好,容易发热,损坏电机。另外,滑差电机价格较高,维修工作量大,更换不方便,无法满足现代企业生产的节奏,逐渐被变频调速电机取代。针对上述问题,山西新临钢烧结厂于2001年1月对配料系统执行机构进行改造,用变频器代替了滑差调速。在改造过程中,出现过不少问题,调速稳定性达不到要求,经过一个月观察、分析,找出原因,问题得到解决。

2自动配料系统的组成

改造后的配料控制系统以单个圆盘组成一个闭环回路,如图1所示。

临钢烧结厂配料系统共12个圆盘,这样就有12个如图1的单回路仪表控制系统。多台仪表配料秤与计算机通过RS-485通讯,完成料种料量的分类设定与采集,汇总各种生产数据,统一操作指挥,实现了配料系统的自动化。过去的执行机构如图2所示。

具体改造步骤为:将滑差调速控制器更换为变频器;调速电机由滑差电机改为三相异步电机;改进现场操作箱控制原理,实现变频器手/自动切换。

我厂选用的变频器是西门子MMV变频器,变频器外部接线如图3。

图3中几个接口功能简单说明如下:(5、6、7、16、等接口的功能,可通过对变频器设定参数来定义)

5-开机信号>+10V时有效控制;

6-自动工作信号>+10V时有效,

<+10V时手动调节有效;

7-复位信号>+10V↑上升沿时有效;

16-停机信号<+10V时有效。

3改造中应注意的问题

(1)首先应确保变频器工作现场干扰小,这是变频器稳定工作的前提。常见措施有:

敷设线缆需屏蔽措施,与强电线路保持一定距离,且不同槽,避免谐波信号和电磁干扰;

控制接地措施要好,当厂区电气接地网阻小于4Ω时机壳可接至厂区电器专业接地网,否则独立接地。

屏蔽接地应设置单独接地系统。

(2)变频器外围线路要有良好措施,这是变频器稳定工作的保障。具体如下:

A)变频器类型自选,其中可设定参数的接口要与接线图对应。

B)变频器开机及手/自动切换时应有滤波电容。如图3中电容C1、C2大约为0.47μF,起交流滤波作用,有效降低了电源系统干扰。我厂改造时,加与不加滤波电容效果明显不同。

C)开机时,R、C回路充放电造成瞬间滞后,可确保变频器复位信号优先于开机信号,使变频器能正常启动和稳定工作。

D)仪表输出的pID信号应调整为4~20mA,且与变频器隔离,防止0~10mA时容易出现的零点漂移。

E)现场操作箱中的手/自动开关及继电器选型要可靠,保护措施要好,因现场环境恶劣,粉尘大,温度高,容易造成系统控制瞬间暂停。

(3)适当选择变频器控制方式,这是提高变频器工作效率的关键。

我厂选择矢量控制方式。

变频器一般有四种控制模式可选:线性电压/频率方式、磁通电流控制(FCC),平方电压/频率关系,矢量控制。

变频器能否稳定工作是调试的重点也是难点,我厂选用的变频器是西门子MMV变频器,为得到最好的动态调速性能,将原出厂调试的转差率调速方式改为免测速矢量控制方式。

配料秤每秒扫描一次现场传感器送回的称量数据,并且根据这些数据计算出新的PID控制信号发给调速系统,所以系统始终处于动态工作过程。转差率调速方式虽然能够维持磁通和转矩恒定,但他基本关系是从稳态机械特性推导出来,动态转矩仍未得到控制。原料中存在大块物料是难免的,大块物料的卡阻会形成突加负载,而且落在皮带秤上会引起传感器的信号波动。如果能在负载突加时,迅速将电磁转矩提上来,即可获得较快的恢复时间和较小的动态速降,调速的动态性能归根结底是对电磁转矩的调整。在直流调速系统中,电流、转速双闭环调速系统可在四象限中对动态性能进行精确控制,矢量控制的基本思路是按照同样旋转磁场这一等效原则建立起来的,可以在三相异步电机上模拟直流电机的控制规律,实现闭环调速。实践证明,这种控制方式非常适合烧结厂配料的工艺要求。当选择测速矢量控制方式时,定于电阻测量功能置位,变频器第一次运行时,将自动测定电机的定子电阻,并根据参数表中的电机铭牌数据计算电机常数,从而模拟直流电机的控制规律,与三相异步电机实现闭环调速。

特殊情况下单台烧结机生产时,上料量较低,需要电机在10Hz以内的频率下稳定工作,对控制系统的低速特性提出了较高的要求。矢量控制的另一个优点是可以在低频工作时保持恒转矩,既改善了系统的低速特性,又扩大了调速范围。改造后,电机可以在3Hz-50Hz之间稳定运行,完全满足生产需求。

4运行效果

此次改造,经过短期调试,很快达到了预期目的,取得明显的经济效益。

(1)改善了系统的低速特性,扩大了调速范围。电机可以在3Hz-50Hz之间稳定运行。

(2)改造至今,园盘电机的故障率降为零,减少了维修费用,提高了生产作业率。

(3)闭环响应时间明显加快,配比精度由原来的误差±3.5%提高到±0.75%,。

(4)用普通电机替换滑差电机,降低了设备成本,提高了维护效率。

(5)配料数据统一管理,为后来分厂联网,实现管控一体化,打下坚实基础。

参考文献

[1]周绍英,储方杰.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社,1996.

[2]李华德.现代交流电机变频调速系统[M].北京:石油工业出版社,1995.


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