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燒結皮帶上料系統變頻改造
配料控制是燒結工藝的第1步，它決定著燒結礦的產品性能及技術指標。隨著計算機應用的普及，各廠普遍采用秤和PLC控制技術，實現了皮帶上料和配料的自動化。皮帶配料控制系統的執行機構，傳統上采用滑差電機調速控制與皮帶電子秤連接，可以接收4~20mA信號，對控制電機進行大范圍的無級調速，手/自動之間是無擾動切換。由于工業現場粉塵大，料粒不穩，料的濕度不勻，當調節范圍較小，低速運行時，滑差電機轉速波動大，調節效果不好，容易發熱，損壞電機。另外，滑差電機價格較高，維修工作量大，更換不方便，無法滿足現代企業生產的節奏，逐漸被變頻調速電機取代。針對上述問題，山西新臨鋼燒結廠于2001年1月對配料系統執行機構進行改造，用變頻器代替了滑差調速。在改造過程中，出現過不少問題，調速穩定性達不到要求，經過一個月觀察、分析，找出原因，問題得到解決。2 自動配料系統的組成
改造后的配料控制系統以單個圓盤組成一個閉環回路，如圖1所示。
圖1 配料系統單圓盤控制組成
臨鋼燒結廠配料系統共12個圓盤，這樣就有12個如圖1的單回路儀表控制系統。多臺儀表配料秤與通過RS-485通訊，完成料種料量的分類設定與采集，匯總各種生產數據，統一操作指揮，實現了配料系統的自動化。過去的執行機構如圖2所示。
具體改造步驟為:將滑差調速控制器更換為變頻器;調速電機由滑差電機改為三相異步電機;改進現場操作箱控制原理，實現變頻器手/自動切換。
我廠選用的變頻器是西門子MMV變頻器，變頻器外部接線如圖3。
圖2 滑差調速控制
圖3中幾個接口功能簡單說明如下:(5、6、7、16、等接口的功能，可通過對變頻器設定參數來定義)
5-開機信號 ＞+10V 時有效控制;
6-自動工作信號 ＞+10V 時有效，
＜+10V 時手動調節有效;
7-復位信號 ＞+10V ↑上升沿時有效;
16-停機信號 ＜+10V 時有效。
3 改造中應注意的問題
(1) 首先應確保變頻器工作現場干擾小，這是變頻器穩定工作的前提。常見措施有:
敷設線纜需屏蔽措施，與強電線路保持一定距離，且不同槽，避免諧波信號和電磁干擾;
控制接地措施要好,當廠區電氣接地網阻小于4Ω時機殼可接至廠區電器專業接地網，否則獨立接地。
屏蔽接地應設置單獨接地系統。
(2) 變頻器外圍線路要有良好措施，這是變頻器穩定工作的保障。具體如下:
A) 變頻器類型自選，其中可設定參數的接口要與接線圖對應。
B) 變頻器開機及手/自動切換時應有濾波電容。如圖3中電容C1、C2大約為0.47μF，起交流濾波作用，有效降低了電源系統干擾。我廠改造時，加與不加濾波電容效果明顯不同。
C) 開機時，R、C回路充放電造成瞬間滯后，可確保變頻器復位信號優先于開機信號，使變頻器能正常啟動和穩定工作。
D) 儀表輸出的PID信號應調整為4~20mA，且與變頻器隔離，防止0~10mA時容易出現的零點漂移。
E) 現場操作箱中的手/自動開關及繼電器選型要可靠，保護措施要好，因現場惡劣，粉塵大，溫度高，容易造成系統控制瞬間暫停。
(3) 適當選擇變頻器控制方式，這是提高變頻器工作效率的關鍵。
我廠選擇矢量控制方式。
圖3 變頻器的外部接線圖
變頻器一般有四種控制模式可選:線性電壓/頻率方式、磁通電流控制(FCC)，平方電壓/頻率關系，矢量控制。
變頻器能否穩定工作是調試的重點也是難點，我廠選用的變頻器是西門子MMV變頻器，為得到最好的動態調速性能，將原出廠調試的轉差率調速方式改為免測速矢量控制方式。
配料秤每秒掃描一次現場傳感器送回的稱量數據，并且根據這些數據計算出新的ＰＩＤ控制信號發給調速系統，所以系統始終處于動態工作過程。轉差率調速方式雖然能夠維持磁通和轉矩恒定，但他基本關系是從穩態特性推導出來，動態轉矩仍未得到控制。原料中存在大塊物料是難免的，大塊物料的卡阻會形成突加負載，而且落在皮帶秤上會引起傳感器的信號波動。如果能在負載突加時，迅速將電磁轉矩提上來，即可獲得較快的恢復時間和較小的動態速降，調速的動態性能歸根結底是對電磁轉矩的調整。在直流調速系統中，電流、轉速雙閉環調速系統可在四象限中對動態性能進行精確控制，矢量控制的基本思路是按照同樣旋轉磁場這一等效原則建立起來的，可以在三相異步電機上模擬直流電機的控制規律，實現閉環調速。實踐證明，這種控制方式非常適合燒結廠配料的工藝要求。當選擇測速矢量控制方式時，定于電阻測量功能置位，變頻器第一次運行時，將自動測定電機的定子電阻，并根據參數表中的電機銘牌數據計算電機常數，從而模擬直流電機的控制規律，與三相異步電機實現閉環調速。
特殊情況下單臺燒結機生產時，上料量較低，需要電機在10Ｈｚ以內的頻率下穩定工作，對控制系統的低速特性提出了較高的要求。矢量控制的另一個優點是可以在低頻工作時保持恒轉矩，既改善了系統的低速特性，又擴大了調速范圍。改造后，電機可以在3Hz-50Hz之間穩定運行，完全滿足生產需求。
4 運行效果
此次改造，經過短期調試，很快達到了預期目的，取得明顯的效益。
(1) 改善了系統的低速特性，擴大了調速范圍。電機可以在3Hz-50Hz之間穩定運行。
(2) 改造至今，園盤電機的故障率降為零，減少了維修費用，提高了生產作業率。
(3) 閉環響應時間明顯加快，配比精度由原來的誤差±3.5%提高到±0.75%，。
(4) 用普通電機替換滑差電機，降低了設備，提高了維護效率。
(5) 配料數據統一，為后來分廠聯網，實現管控一體化，打下堅實基礎。
參考文獻
[1] 周紹英，儲方杰. 交流調速系統[M]. 北京:機械工業出版社, 1996.
[2] 李華德. 現代交流電機變頻調速系統[M]. 北京:石油工業出版社, 1995.
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