MM430變頻器在窯尾喂料系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1 引言
　　方斗山水泥有限公司Φ3m×50m四級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱帶窯外分解窯2003年4月改造以來(lái)，窯尾使用電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)和沖板流量計(jì)手動(dòng)調(diào)節(jié)入窯料流量，工藝流程如圖1所示。

　　來(lái)自生粉倉(cāng)和電收塵的混合物料經(jīng)斗式提升機(jī)提升到穩(wěn)流倉(cāng)（29T），調(diào)節(jié)雙管螺旋喂料機(jī)（LE250×2000mm4.1～41m2／h）的轉(zhuǎn)速就可調(diào)節(jié)穩(wěn)流倉(cāng)的下料量，物料經(jīng)雙管螺旋喂料機(jī)后進(jìn)入沖板流量計(jì)對(duì)物料計(jì)量，然后經(jīng)氣力提升泵提升至窯外分解爐2級(jí)筒。操作人員根據(jù)沖板流量計(jì)—流量積算儀顯示的料流量手動(dòng)調(diào)節(jié)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以給定入窯料流量，當(dāng)料流量發(fā)生波動(dòng)時(shí)，操作人員必須手動(dòng)調(diào)節(jié)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以穩(wěn)定入窯料流量。使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在窯尾風(fēng)壓變化、物料濕度變化、電收塵器振打過(guò)后或生粉倉(cāng)來(lái)料不均的情況下，通過(guò)雙管螺旋喂料機(jī)的料流量均會(huì)頻繁波動(dòng)，且幅度很大，經(jīng)常冒料失控，操作人員需頻繁調(diào)節(jié)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，且難以穩(wěn)定入窯料流量，這給后級(jí)煅燒帶來(lái)很大的不便，質(zhì)量難以控制，且電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)在惡劣環(huán)境下故障頻繁，決定對(duì)其改造。
　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　利用閑置的一臺(tái)西門子MicroMas ter43037kW變頻器來(lái)調(diào)節(jié)雙管螺旋喂料機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用一臺(tái)Y系列15kW4極三相異步電動(dòng)機(jī)更換掉以前的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)。MM430為通用變頻器，內(nèi)置PID功能簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)CC（磁通電流限制）改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的控制特性，BiCo（二進(jìn)制互聯(lián)連接）技術(shù)為應(yīng)用設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
　　當(dāng)在手動(dòng)方式下運(yùn)行時(shí)，給定信號(hào)為轉(zhuǎn)速信號(hào)，開(kāi)環(huán)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)在自動(dòng)方式下運(yùn)行時(shí)，給定信號(hào)為料流量信號(hào)，MM430變頻器、螺旋喂料機(jī)、沖板流量計(jì)、流量積算儀組成PID閉環(huán)控制系統(tǒng)。沖板流量計(jì)輸出的正比于料流量的頻率信號(hào)，經(jīng)流量積算儀標(biāo)定（兼有顯示料流量，累積料流量的功能）輸出正比于料流量的1～5V電壓信號(hào)，經(jīng)隔離后反饋到MM430變頻器完成閉環(huán)控制。這是一個(gè)典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)，在此主要講述變頻器功能的實(shí)現(xiàn)。
　　3 變頻器控制
　　如圖3所示，由電位器W1提供給定電壓信號(hào)進(jìn)入模入通道AN1，電壓表V1指示給定電壓，電壓表表盤標(biāo)定為料流量0～80t／h和轉(zhuǎn)速（輸出頻率）0～50Hz兩條刻度，以方便操作。SA1待機(jī)／運(yùn)行旋鈕使用數(shù)字輸入通道DI1用于變頻器的啟動(dòng)停機(jī)，當(dāng)斷開(kāi)時(shí)變頻器處于待機(jī)狀態(tài)停止輸出，冷卻風(fēng)扇停機(jī)以延長(zhǎng)使用壽命，指示燈HG1和HG2同時(shí)點(diǎn)亮以指示變頻器當(dāng)前工作狀態(tài)。SA2自動(dòng)／手動(dòng)旋鈕使用數(shù)字輸入通道DI3用于系統(tǒng)運(yùn)行方式的選擇，由于大部分時(shí)間在自動(dòng)方式工作，所以設(shè)置斷開(kāi)為自動(dòng)方式。FR為電動(dòng)機(jī)熱繼電器常閉觸點(diǎn)，使用數(shù)字輸入通道DI4，MM430變頻器內(nèi)部有較為完善的基于電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的電子式熱過(guò)載繼電器，但它需要在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)正確的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，有時(shí)感覺(jué)多有不便，所以使用外部熱繼電器為后備保護(hù)。反饋信號(hào)使用模入通道AN2，使用信號(hào)隔離器防止變頻器干擾進(jìn)入流量積算儀。模出通道AO1設(shè)置為變頻器輸出頻率指示，模出通道AO2設(shè)置為變頻器輸出電流指示。數(shù)字輸出DO1用于HR1變頻器故障或報(bào)警指示；數(shù)字輸出DO2用于當(dāng)變頻器輸出頻率低于5Hz超過(guò)5s指示，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)輸出頻率一般在8Hz～45Hz，當(dāng)指示燈HG1點(diǎn)亮?xí)r表明料流量波動(dòng)較大可能冒料，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；數(shù)字輸出DO3用于變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz指示，當(dāng)指示燈HG2點(diǎn)亮?xí)r表明可能缺料。指示燈使用24V供電以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

　　如圖4所示，當(dāng)自動(dòng)／手動(dòng)旋鈕置于自動(dòng)方式時(shí)，r0722．2為邏輯0，通過(guò)NOT2反相為邏輯1把單刀雙擲邏輯開(kāi)關(guān)接通PID通道，變頻器在PID閉環(huán)控制下運(yùn)行，模入通道AN1此時(shí)為料流量給定。當(dāng)自動(dòng)／手動(dòng)旋鈕置于手動(dòng)方式時(shí)，單刀雙擲邏輯開(kāi)關(guān)接通主設(shè)定通道，變頻器在開(kāi)環(huán)控制下運(yùn)行，模入通道AN1此時(shí)為轉(zhuǎn)速給定。
　　MM430變頻器故障與報(bào)警信號(hào)為兩個(gè)不同的位，分別為r0052．3與r0052．7，兩個(gè)位通過(guò)內(nèi)部邏輯或OR1驅(qū)動(dòng)數(shù)字輸出DO1。驅(qū)動(dòng)裝置準(zhǔn)備位r0052．0與變頻器的實(shí)際頻率f-act＜＝p2155（f－1）（p2155f－1設(shè)為5Hz）位r0053．5通過(guò)內(nèi)部邏輯或OR2驅(qū)動(dòng)數(shù)字輸出DO2。驅(qū)動(dòng)裝置準(zhǔn)備位r0052．0與已達(dá)最大頻率位r0052．A通過(guò)內(nèi)部邏輯或OR3驅(qū)動(dòng)數(shù)字輸出DO3。數(shù)字輸出的3個(gè)邏輯較簡(jiǎn)單，在此未給出邏輯圖。其他的一些參數(shù)設(shè)置如ADC標(biāo)定、DAC標(biāo)定、電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、保護(hù)參數(shù)的設(shè)置在其他變頻器中也較常用，在此不再贅述。
　　4調(diào)試中遇到的問(wèn)題
　　（1）干擾。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)變頻器有輸出時(shí)，流量積算儀受到嚴(yán)重干擾，頻繁死機(jī)重啟。由于在生產(chǎn)線建設(shè)時(shí)窯尾到窯頭中控室的儀表通訊回路、沖板流量計(jì)—流量積算儀回路和強(qiáng)電回路在一個(gè)走線架上敷設(shè)，變頻器安裝在窯頭中控室到窯尾電動(dòng)機(jī)的電纜也在此走線架上敷設(shè)，且長(zhǎng)達(dá)80m，沖板流量計(jì)—流量積算儀之間為脈沖信號(hào)，頻率正好和變頻器的載頻接近，干擾由此產(chǎn)生。按變頻器手冊(cè)的要求，電動(dòng)機(jī)機(jī)殼與變頻器可靠聯(lián)接且接地，采用四芯電纜接線，干擾信號(hào)通過(guò)地線回到變頻器，有效地解決了對(duì)流量積算儀的干擾。其他回路都為4～20mA電流環(huán)或強(qiáng)電開(kāi)關(guān)量抗干擾能力較強(qiáng)，未產(chǎn)生干擾。
　　（2）兩個(gè)模出通道設(shè)置為電壓輸出，按變頻器手冊(cè)說(shuō)明，需在端子上并聯(lián)一個(gè)500Ω電阻進(jìn)行電流／電壓轉(zhuǎn)換，但在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于輸出電壓表V1V2的內(nèi)阻關(guān)系模出通道滿偏并不能在500Ω電阻上取得10V電壓，所以電阻增加到520Ω結(jié)合變頻器內(nèi)部對(duì)兩個(gè)模出通道標(biāo)定使輸出電壓達(dá)到10V。
　　（3）變頻器上電時(shí)跳F0080ADC輸入信號(hào)丟失故障代碼，按復(fù)位鍵后正常。查輸入信號(hào)正常且一直存在（因流量積算儀和隔離器為不間斷供電），變頻器P0762信號(hào)丟失的延遲時(shí)間缺省值為10mS，調(diào)為1000mS解決上電跳F0080故障代碼。
　　（4）PID參數(shù)的選擇。經(jīng)過(guò)調(diào)試選擇P＝0．4,I＝9S,D＝3S在冒料后可以得到快速的響應(yīng)，同時(shí)不至于產(chǎn)生振蕩。當(dāng)冒料發(fā)生時(shí)，變頻器可以快速地降低到0，防止料流量過(guò)大，但物料仍會(huì)通過(guò)雙管螺旋喂料機(jī)達(dá)數(shù)T，雙管螺旋喂料機(jī)無(wú)法有效鎖料的問(wèn)題仍給后級(jí)設(shè)備帶來(lái)壓力，所以準(zhǔn)備在雙管螺旋喂料機(jī)與穩(wěn)流倉(cāng)之間加一級(jí)葉輪給料機(jī)，形成雙閉環(huán)，以達(dá)到入窯物料恒流量控制。
　　（5）變頻器計(jì)算的電動(dòng)機(jī)溫度不準(zhǔn)確。變頻器使用電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算功能，p0335電動(dòng)機(jī)的冷卻使用缺省值0（自冷：采用安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻），運(yùn)行中自動(dòng)計(jì)算的電動(dòng)機(jī)溫度遠(yuǎn)高于實(shí)際電動(dòng)機(jī)溫度，頻繁跳閘。p0335電動(dòng)機(jī)的冷卻改為值2（自冷和內(nèi)置冷卻風(fēng)機(jī)），自動(dòng)計(jì)算的電動(dòng)機(jī)溫度與實(shí)際電動(dòng)機(jī)溫度相符。
　　5結(jié)束語(yǔ)
　　MM430的內(nèi)置PID和Bico能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單反饋和邏輯控制，避免在簡(jiǎn)單任務(wù)中使用PLC或復(fù)雜的繼電控制，從而給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)極大的靈活性，降低了系統(tǒng)的成本。本文所述的系統(tǒng)在變頻器單機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)了友好的操作界面和控制功能，有效地降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了冒料的次數(shù)，非冒料的情況下能夠穩(wěn)定在目標(biāo)值±2T的范圍內(nèi)，即使冒料后也能夠快速作出反應(yīng)，不超過(guò)目標(biāo)值±10T10S，避免入窯料流量過(guò)度失控，有效地降低了入窯物料的波動(dòng)范圍。