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烧结皮带上料系统变频改造-机电毕业论文

2013-07-28 01:21 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。随着计算机应用的普及，各厂普遍采用秤和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。 

图1 配料系统单圆盘控制组成

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2 滑差调速控制

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。

图3 变频器的外部接线图

（转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）
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。

（科教作文网http://zw.ΝsΕAc.Com编辑整理）

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，提高了维护效率。
(5) 配料数据统一，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.