變頻器在石灰窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2013-11-07
變頻器在石灰窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用在國(guó)家產(chǎn)業(yè)節(jié)能政策的導(dǎo)向下，利用高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等具有一定熱值的尾氣燃燒石灰，在國(guó)內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用。氣燒石灰窯系統(tǒng)包括煤氣加壓站系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、輸送料倉(cāng)系統(tǒng)、粉碎設(shè)備系統(tǒng)等。為解決傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)閥門(mén)對(duì)煤氣管網(wǎng)控制精度低、時(shí)效性差等缺陷，將變頻器應(yīng)用于石灰窯煤氣加壓系統(tǒng)、助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)無(wú)極調(diào)速，高效利用煤氣，節(jié)能環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
氣燒石灰窯的作用是燒制石灰。由于石灰石主要成分是碳酸鈣，而石灰成分主要是氧化鈣，故燒制石灰就是借助高溫，把石灰石中的碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳的生石灰?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：
CaCO3＝CaO+CO2↑(高溫)
其工藝過(guò)程為：預(yù)熱→煅燒→冷卻→卸灰。石灰石和燃料裝入石灰窯，氣體燃料通過(guò)管道燃燒器送入，預(yù)熱到100℃~850℃開(kāi)始脫碳酸分解，煅燒溫度達(dá)到850 ℃~1200℃后再經(jīng)過(guò)冷卻出灰溫度100℃后，卸料出窯。自動(dòng)化控制是新技術(shù)石灰窯的重要特點(diǎn)。采用PLC 控制的電氣系統(tǒng)，控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，故障率低，提高了生產(chǎn)效率。
氣燒石灰窯系統(tǒng)分為輸送料倉(cāng)、煤氣加壓站、窯余熱、高低壓配電、粉碎設(shè)備等系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都具有相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行、監(jiān)控、操作等功能，并能通過(guò)PLC 和Profibu-DP 協(xié)議搭建控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。控制系統(tǒng)通過(guò)Profibus DP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將人機(jī)界面HMI（工程師站ES/操作員站OS）、集成CP5611 DP 模塊IPC工控機(jī)、CPU S7-414、5 套遠(yuǎn)程I/O 子站ET200、V50變頻器帶DP 專(zhuān)用模塊、帶DP 儀表等設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)一體化。中控室設(shè)置兩臺(tái)CRT操作站，HMI 采用WinCC V7.0。CRT 操作站放置在石灰車(chē)間中控室，對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控，各種信號(hào)在CRT 畫(huà)面上顯示和報(bào)警，系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 
圖1 控制系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)圖
2 變頻器安裝與調(diào)試
本控制系統(tǒng)采用西門(mén)子V50 變頻器，項(xiàng)目一期1*600t 氣燒石灰窯選用三套315 kW V50 變頻器用于煤氣加壓機(jī)，兩套355 kW V50 變頻器用于助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。
V50 屬于柜式結(jié)構(gòu)，變頻柜自帶主開(kāi)關(guān)、快熔、進(jìn)線電抗器、出線電抗器、功率單元以及電機(jī)端子等?，F(xiàn)場(chǎng)安裝只需要變頻器I/O線路接線、網(wǎng)絡(luò)模塊接線、電機(jī)接線三部分，為快速安裝、調(diào)試創(chuàng)造了良好的條件。
2.1 安裝接線
在出廠狀態(tài)下，V50 變頻柜帶有HA1-2000 萬(wàn)能式斷路器，開(kāi)關(guān)控制回路直接連接到V50 變頻器I/O板的第3 個(gè)Digital Output3 數(shù)字量輸出點(diǎn)，即23#、24#、25#端子，且23#端子常閉。系統(tǒng)上電時(shí)，變頻器啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出，若變頻器經(jīng)常報(bào)警F0003，即變頻器輸入電壓欠壓，原因是主開(kāi)關(guān)合閘速度過(guò)慢。因此直接把V50 I/O 板的DO3 號(hào)端子三根信號(hào)線拆掉，這樣不需要變頻器自身控制單元控制主開(kāi)關(guān)，而是利用人工合閘分閘，符合客戶(hù)的使用習(xí)慣。
2.2 本地/遠(yuǎn)程控制
根據(jù)生產(chǎn)工藝控制要求，設(shè)置兩種控制模式，即本地現(xiàn)場(chǎng)模式和遠(yuǎn)程模式，實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停和速度控制，這樣就要求控制系統(tǒng)可以提供兩套驅(qū)動(dòng)參數(shù)。V50 參數(shù)系統(tǒng)提供了三套參數(shù)結(jié)構(gòu)（CDS0/CDS1/CDS2 和DDS0/DDS1/DDS2)，即常見(jiàn)的命令參數(shù)組CDS 和驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)組DDS 兩大類(lèi)。要實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程參數(shù)的切換，需要一個(gè)選擇開(kāi)關(guān)安裝在現(xiàn)場(chǎng)箱上?，F(xiàn)場(chǎng)箱選擇開(kāi)關(guān)連接到V50 I/O 的數(shù)字量輸入3#端子（DI4)與9#端子上串聯(lián)構(gòu)成控制回路，參數(shù)設(shè)置P0810=722.3。并且通過(guò)DI4 端子參數(shù)P0704 **BICO 功能，靈活的定義DI4 端子，通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)模式的切換，實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程參數(shù)的切換。
2.3 參數(shù)配置
以315 kW煤氣加壓機(jī)V50 變頻柜調(diào)試為例，分別有電機(jī)參數(shù)、控制參數(shù)兩部分。其中需要使用參數(shù)復(fù)制功能，P0809 實(shí)現(xiàn)命令參數(shù)組CDS1 到CDS2 的復(fù)制；P0819 實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)數(shù)據(jù)組DDS1 到DDS2 的復(fù)制。由于有遠(yuǎn)程和本地模式選擇，因此兩組DDS 的參數(shù)不完全相同，變頻器參數(shù)表如表1 所示。 
根據(jù)表1 的參數(shù)設(shè)置，可完成快速調(diào)試以及參數(shù)修改。在PLC 端使用軟件STEP7 V5.5 組態(tài)變頻器控制程序、PID 程序（管網(wǎng)有壓力開(kāi)關(guān)、流量?jī)x表等反饋信號(hào)），使用WinCC V7.0 軟件完成系統(tǒng)畫(huà)面設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程單機(jī)調(diào)試V50 變頻器，全部測(cè)試條件滿(mǎn)足后，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連調(diào)。
3 結(jié)論
整套設(shè)備運(yùn)行半年來(lái)，V50 變頻器以其良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異???控制效果，給企業(yè)帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。氣燒石灰窯是以高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣為特點(diǎn)的“廢氣”循環(huán)利用，使用變頻器對(duì)煤氣加壓站電機(jī)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，操作方便，提高了能源利用率，具有控制精度高、自動(dòng)化程度高、保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)。對(duì)中小鋼鐵企業(yè)、焦化企業(yè)、電石企業(yè)以及耐火材料工業(yè)等是非常好的節(jié)能、環(huán)保、增效的途徑