变频器在烧结系统中的应用

学术论文 2016-03-11 10:38:10
  1 前言 
  钢铁企业内有许多要求调速的生产机械,对电气控制系统有一定的要求。近些年来,随着电力电子技术、微电子技术的发展,现代控制理论,特别是矢量控制技术以及交流调速系统的数字化技术的应用,促进了交流调速系统的迅猛发展。现在交流调速在国内外已经应用得相当广泛。 
  变频调速是一种高效率、高性能的调速方式,变频器是以微型计算机为核心的新一代控制系统和单元,变频器具有监视、保护、诊断及自复原等多种功能,从而使一个十分复杂的自动化系统变成为一个操作维护简单、调试方便、而运行又十分可靠的具有现实应用价值的产品。 
  2 变频器在烧结系统中的重要性 
  现行的烧结工艺流程,一般包括:原、燃料的接受、贮存及配料,混合,点火烧结,热矿破碎,热矿筛分,冷却,冷矿筛分及成品的贮存、输出,返矿贮存、配料等环节。这些工艺环节中,需要变频调速的有如下设备:一、布料机,国内的一些重点企业烧结厂普遍采用厚料层烧结,提高料层厚度后,要使烧结机产量不受影响,必须改善料层的透气性,加强烧结料层的上部供热,提高烧结矿成品率,使烧结机的产量变化不受或少受影响。通过改变布料机的运行速度,使混合料布料满足布料均匀、有良好的透气性等基本要求。二、烧结机,烧结混合料的垂直烧结速度与原料烧结特性及料层透气性有关,由于每批原料矿的成分不同,烧结时间也不相同,根据不同的原料矿质量,烧结料层的厚度,改变烧结机的烧结速度,对于提高烧结矿的产量与质量,降低能耗,都具有重要意义。三、冷却机,根据料层厚度、单位面积产量、风压与每吨烧结矿所消耗的冷却风量调整冷却时间,使冷却机排出的废气温度有所提高,余热利用价值高,烧结矿的强度相应改善。在采用变频器控制布料机、烧结机和冷却机后,烧结系统自动控制装置比较完善,劳动生产率较高,使烧结厂的技术装备更为先进、完善。印度LANCO公司的烧结工程选用的是SINAMICS G120系列变频器,下面以此为例,简述变频器的电路设计。 
  3 变频器在烧结系统中的设计 
  在变频控制系统设计前,一定要了解工艺流程、工作环境、负载工作方式、控制方式、客户具体要求等。烧结工程的工作环境比较差,所以柜体的防护等级选IP54。 
  变频器的控制一般采用现场手动操作和PLC集中控制两种方式,现场手动操作用于设备的调试和检修,正常生产时,采用PLC集中控制。PLC集中控制有如下优点:1)调速准确,布料机、烧结机、冷却机均由调速电机驱动,三者的转速要求同步。由PLC统一给定转速,可以避免人工给定转速的差异,完全可以保证转速的一致性;2)便于操作管理,利于实现烧结生产自动化;3)有利于提高作业率。 
  4 变频器在电机控制回路中的设计 
  SINAMICS G120是一个由多种不同功能单元组成的模块化变频器。两种主要的单元是控制单元和功率模块。 
  功率模块的设计也是主回路的设计,首先根据电机容量选择功率模块的型号,由于可能出现停机后带负载起动的情况,所以功率模块的额定功率一般都选择比电机的额定容量大一个等级,并选择几个必要的组件:1)断路器,用于电源回路的开闭,容量为变频器额定电流的1.5倍左右。2)熔断器,用于保护线路及变频器。3)进线电抗器,只限于PM240功率模块,当系统的故障率高时,需要加装进线电抗器以保护变频器不受过大的谐波电流的干扰,防止过载,将进线谐波限制在允许范围内。 
  控制单元的设计大体分为四个部分:1)数字量输入,可编程的带隔离的数字输入,接于控制回路中,用于变频器的启动、停机等功能。2)数字量输出(也称为继电器输出),可编程的带隔离的数字量输出,通常设故障输出和运行输出,分别接入控制回路及送入PLC。当设备正常运行时,运行输出动作,并将运行信号送入中控室显示以及与其它设备进行连锁。当设备发生过载、欠电压、短路、过热等故障时,故障输出动作,变频器停机并送至中控室显示故障。3)模拟量输入,可编程的模拟量输入,用于变频器的调速控制,一个0-10V的模拟输入外接电位器,用于现场对变频器的转速进行手动调节;一个4-20mA的模拟输入直接接入PLC,用于中控室PLC根据生产情况对变频器的转速随时进行调节。4)模拟量输出,可编程的模拟量输出,用于变频器的运行转速返回,两个输出均为4-20mA信号,一个模拟输出直接接入PLC,可将变频器的转速值送人中控室PLC,便于操作人员通过上位机进行实时监控,一个模拟输出外接频率表,用于现场显示,便于调试人员现场进行监控。 
  数字量的输入信号、模拟量的输入、输出信号都是弱电信号,一定要采取信号隔离,否则控制系统信号混乱,造成系统不正常,设计时选用屏蔽电缆分开传送。 
  此外,变频柜应加装照明及专用冷却风扇。 
  5 结束语 
  变频调速是一种最有发展前途的交流调速方式,随着控制方式的不断改进,由简单的开环控制转为各种方式的闭环控制,控制系统向集成化,全数字化发展,从而使变频调速装置的可靠性、经济性以及系统的性能指标都在不断提高。目前,变频调速广泛应用于钢铁企业,在使用变频器调速后,烧结系统运行稳定良好,自动化系统调速准确,对节能也起到了很大的作用。 
  参考文献 
  [1]《钢铁企业电力设计手册》编委会. 钢铁企业电力设计手册[M].冶金工业出版社,2008. 
  [2]冶金工业部长沙黑色冶金矿山设计研究院. 烧结设计手册[M].冶金工业出版社,2008.
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