艾默生變頻器在水泥廠窯尾料漿喂料中的應用(圖)

重慶騰輝地維水泥公司自動化儀表處 陳慶 邱祥萬
重慶正宏自動化控制工程有限公司　 高政川
一、引 言

　　在濕法水泥窯煅燒過程中，窯尾料漿的喂料控制是至關重要的一環(huán)，它直接關系到水泥熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量。傳統(tǒng)的喂料控制方式有兩種（1）勺式喂料：單位勺的容積一定，通過調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)速來控制喂料量，這是老濕法窖普遍喂料方式，計量較準，但控制較復雜；（2）采用閥門調(diào)節(jié)，用電磁流量計進行計量的方式，這是近幾年發(fā)展起來的喂料方式，控制較簡便，但閥門執(zhí)行器頻繁動作，易出故障。以上兩種方式料漿泵都是以工頻恒速運行的。如圖(1)所示為第二種喂料的框圖（第一種把流量計和閥門換為勺式機），

　　對于料漿泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(轉(zhuǎn)速)，(揚程)H∝N2，(軸功率)W∝N3。當流量減小時，如果泵的轉(zhuǎn)速也隨之下降，則軸功率可以降低很多，如果采用改變料漿泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)料漿的流量，就能節(jié)約大量能量。而變頻器具有良好的驅(qū)動性能，包括PID控制等先進控制算法、豐富的控制功能以及節(jié)能節(jié)電等顯著特點，因此可以采用變頻器來對原喂料方式進行改造。

二、系統(tǒng)實現(xiàn)

　　1、系統(tǒng)組成：

　　變頻器：由于美國艾默生公司的變頻器性價比高，選用其TD2000變頻器作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行器；
流量計：流量計為國產(chǎn)的電磁流量計，輸出為標準4~20mA電流信號，最大流量為60方/小時；料漿泵：使用原來的料漿泵（150NG），密封性較好，低速運行時不漏漿。

　　2、軟件設計：

　　由于我廠使用DCS過程控制系統(tǒng)，這為實現(xiàn)喂料的手、自動控制帶來了方便，手、自動切換和控制算法由DCS系統(tǒng)實現(xiàn)，變頻器作為執(zhí)行器，采取雙閉環(huán)控制方式，如圖（3），外環(huán)為流量控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為變頻器頻率控制環(huán)；DCS系統(tǒng)接受實際流量信號和變頻器的頻率信號。設定流量與實際流量的偏差經(jīng)運算后作為變頻器的頻率設定信號，與變頻器的實際頻率信號比較，運算結(jié)果作為變頻器的實際頻率信號。由于料漿泵有30多米的揚程，變頻器低于31HZ時抽不出漿，而到39HZ時就達到最大流量60方，所以我們限定了變頻器的運行頻率，調(diào)節(jié)范圍為31HZ到39HZ，它和DCS系統(tǒng)送出的0~10V頻率信號對應。

　　然而絕大多數(shù)濕法窯都沒有用DCS系統(tǒng)，這可以用變頻器的內(nèi)置PID功能，圖(4)為它的控制框圖，這種方式充分利用變頻器的功能，外加一個手動和自動轉(zhuǎn)換開關，而實現(xiàn)自動喂料時，把測速發(fā)電機的窯速信號(0~55V)變換成0~10V信號，經(jīng)比例調(diào)節(jié) 器得到料漿喂料設定量。

　　喂料分手動和自動兩種調(diào)節(jié)方式，手動調(diào)節(jié)由窯頭操作工拫據(jù)窯況來設定喂料量；當窯況平穩(wěn)正常時，喂料量跟蹤窯速,由窯速快慢自動調(diào)節(jié)喂料量的多少。
　　　
三、控制電路圖　

　　流量設定信號為0~10V，接變頻器VCI—GND端子；流量反饋信號為4~20mA(跳線CN10跳在I側(cè))，接變頻器CCI—GND端子，變頻器采用端子FWD—COM控制啟/停。變頻器的頻率信號由FM－GND端子輸出，如圖(5)所示：

四、變頻器參數(shù)設置

　　(1) 電機參數(shù)，根據(jù)電機鉻牌：

　　　　　F146=1 (電機參數(shù)功能塊顯示)　　　　　 F148=38 (電機額定電壓)
　　　　　F149=115 (電機額定電流)　　　　　　　 F150=1440 (電機額定轉(zhuǎn)速)
　　　　　F151=75 (電機額定功率)

　　(2) 控制狀態(tài)模式參數(shù)：

　　　　　F00=2 ((選擇模擬端子給定(VCI—GND)　　F02=1 (控制端子FWD—COM啟停)
　　　　　F19=25 (加速時間)　　　　　　　　　　 F10=40 (減速時間)
　　　　　F13=0 (最小模擬輸入量)　　　　　　　　F14=30 (最小模擬輸入量對應頻率)
　　　　　F15=10 (最大模擬輸入量)　　　　　　　 F16=35 (最大模擬輸入量對應頻率)

　　(3) 閉環(huán)控制回路參數(shù)：使用變頻器內(nèi)置PID控制時設置。

　　　　　F100=1 (選擇模擬反饋閉環(huán)控制系統(tǒng))
　　　　　F101=1 ((選擇VCI模擬電壓給定(0~10V)
　　　　　F103=2 ((選擇反饋通道電CCI提供電流輸入(0~20mA)(CN10跳在I側(cè))
　　　　　F104=2 (反饋偏置量)
　　　　　F106=125 (反饋通道增益)
　　　　　F111=0.5 (比例系數(shù))
　　　　　F112=0.05 (積分時間)

五、調(diào)試方法

　　(1) 首先使系統(tǒng)開環(huán)運行，檢測流量信號是否正確，并標定流量，使流量與流量計輸出信號4~20mA對應，流量計最大流量60m3/h .

　　(2) 設置好變頻器相關參數(shù)。

　　(3) 增加F111的值，直到系統(tǒng)開始振蕩，則取F111=F111振蕩×0.3。

　　(4) 增加F112積分系數(shù)值，直到系統(tǒng)開始振蕩，則取F112=F112×0.5。

六、效果分析

　　本系統(tǒng)經(jīng)改造投入運行后，工作穩(wěn)定可靠，操作方便，取得了顯著的經(jīng)濟效益。采用變頻控制，料漿泵啟/停時無沖擊電流，正常運行時相對運行轉(zhuǎn)速較低，使機械損耗減小，漿泵葉輪磨損明顯減小，檢修周期加長，可以不備用料漿泵，機械效率得到提高。本系統(tǒng)另一重要特點是能夠節(jié)約大量電能：改造前料漿泵恒速運行，電流平均為110A，改造后喂相同的料漿，電流降為55A，節(jié)約功率37.5KW（漿泵為75KW）。如果以0.4元/度電來計算，則1個月可節(jié)約電費：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可節(jié)約電費10萬元，而料漿泵和流量計共計投入才4萬，不到半年就可收回成本，而且在新線的土建施工時，由于漿直接抽進窯而少了平衡倉，還可以減少土建高度，費用也相應減少。

七、結(jié)束語

　　在喂料系統(tǒng)中應用變頻調(diào)速技術，實現(xiàn)了漿泵的速度由實際喂?jié){量的多少來進行自動調(diào)節(jié)，比漿泵在額定轉(zhuǎn)速下運行節(jié)約大量電能，并且可實現(xiàn)喂料自動化，是提高機械效率和減少能耗的有效方法。特別是美國艾默生變頻器作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，穩(wěn)定性好，控制精度高，其變頻器產(chǎn)品在我廠大量使用，其中75KW以上的變頻器就有五六十臺，均收到了良好的節(jié)能效果。