摘要： 介紹了西門(mén)子MicroMaster430 變頻器在水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾喂料系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用沖板流量計(jì)、流量積算儀與MM430 變頻器的內(nèi)置PID、BiCo 實(shí)現(xiàn)了在來(lái)料不穩(wěn)定的情況下仍能給回轉(zhuǎn)窯提供穩(wěn)定的入窯料流量。
關(guān)鍵詞：MM430 變頻器； 水泥旋窯窯尾喂料系統(tǒng)； 沖板流量計(jì)；

（ 1, Fangdoushan Cement Co．, Ltd．, Chongqing, 409103,2． Chongqing Shizhu Safe Production Management Bureau,Chongqing, 409100 ）
Abstract: The application of frequency converter MicroMaster430 on kiln feed system is introduced in this paper． Stable feed flow is realized by using impact flow meter, flow integrating instrument and integral PID、BiCo of frequency converter MM430．
Key words: MM430 frequency converter; Kiln feed system;Impact flow meter; PID; BiCo
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)（LE250×2000mm 4.1～41m2 ／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(mén)子MicroMaster430 37kW 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15kW 4 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(pán)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F0080 ADC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±10T 10S，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。
參考文獻(xiàn)：
[1]SIEMENS MICROMASTER 430 通用型變頻器使用大全電子版，2003，12

編輯：黃令軍