艾默生變頻器在水泥廠窯尾料漿喂料中應(yīng)用

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(guān)重要的一環(huán)，它直接關(guān)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(jī)轉(zhuǎn)速來控制喂料量，這是老濕法窖普遍喂料方式，計(jì)量較準(zhǔn)，但控制較復(fù)雜；（2）采用閥門調(diào)節(jié)，用電磁流量計(jì)進(jìn)行計(jì)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(dòng)作，易出故障。以上兩種方式料漿泵都是以工頻恒速運(yùn)行的。如圖(1)所示為第二種喂料的框圖（第一種把流量計(jì)和閥門換為勺式機(jī)）。

圖(1) 傳統(tǒng)料漿控制框圖
    對于料漿泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(轉(zhuǎn)速)，(揚(yáng)程)H∝N2，(軸功率)W∝N3。當(dāng)流量減小時(shí)，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(dòng)性能，包括PID控制等先進(jìn)控制算法、豐富的控制功能以及節(jié)能節(jié)電等顯著特點(diǎn)，因此可以采用變頻器來對原喂料方式進(jìn)行改造。

二、系統(tǒng)實(shí)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(jià)比高，選用其TD2000變頻器作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行器；
流量計(jì)：流量計(jì)為國產(chǎn)的電磁流量計(jì)，輸出為標(biāo)準(zhǔn)4~20mA電流信號，最大流量為60方/小時(shí)；
料漿泵：使用原來的料漿泵（150NG），密封性較好，低速運(yùn)行時(shí)不漏漿。

圖(2)新喂料框圖
2、軟件設(shè)計(jì)：
    由于我廠使用DCS過程控制系統(tǒng)，這為實(shí)現(xiàn)喂料的手、自動(dòng)控制帶來了方便，手、自動(dòng)切換和控制算法由DCS系統(tǒng)實(shí)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(shí)際流量信號和變頻器的頻率信號。設(shè)定流量與實(shí)際流量的偏差經(jīng)運(yùn)算后作為變頻器的頻率設(shè)定信號，與變頻器的實(shí)際頻率信號比較，運(yùn)算結(jié)果作為變頻器的實(shí)際頻率信號。由于料漿泵有30多米的揚(yáng)程，變頻器低于31HZ時(shí)抽不出漿，而到39HZ時(shí)就達(dá)到最大流量60方，所以我們限定了變頻器的運(yùn)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(yīng)。

圖(3)控制框圖
    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(gè)手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)喂料時(shí)，把測速發(fā)電機(jī)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(shè)定量。

圖(4)控制框圖
    喂料分手動(dòng)和自動(dòng)兩種調(diào)節(jié)方式，手動(dòng)調(diào)節(jié)由窯頭操作工拫據(jù)窯況來設(shè)定喂料量；當(dāng)窯況平穩(wěn)正常時(shí)，喂料量跟蹤窯速,由窯速快慢自動(dòng)調(diào)節(jié)喂料量的多少。

三、控制電路圖
    流量設(shè)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：

圖(5) 電路圖

四、變頻器參數(shù)設(shè)置

(1)電機(jī)參數(shù)，根據(jù)電機(jī)鉻牌：
F146=1 (電機(jī)參數(shù)功能塊顯示) F148=38 (電機(jī)額定電壓)
F149=115 (電機(jī)額定電流) F150=1440 (電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)
F151=75 (電機(jī)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(shí)間) F10=40 (減速時(shí)間)
F13=0 (最小模擬輸入量) F14=30 (最小模擬輸入量對應(yīng)頻率)
F15=10 (最大模擬輸入量) F16=35 (最大模擬輸入量對應(yīng)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(shí)設(shè)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(shí)間)

五、調(diào)試方法
(1) 首先使系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行，檢測流量信號是否正確，并標(biāo)定流量，使流量與流量計(jì)輸出信號4~20mA對應(yīng)，流量計(jì)最大流量60m3/h。
(2) 設(shè)置好變頻器相關(guān)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(yùn)行后，工作穩(wěn)定可靠，操作方便，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。采用變頻控制，料漿泵啟/停時(shí)無沖擊電流，正常運(yùn)行時(shí)相對運(yùn)行轉(zhuǎn)速較低，使機(jī)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(jī)械效率得到提高。本系統(tǒng)另一重要特點(diǎn)是能夠節(jié)約大量電能：改造前料漿泵恒速運(yùn)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(jì)算，則1個(gè)月可節(jié)約電費(fèi)：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可節(jié)約電費(fèi)10萬元，而料漿泵和流量計(jì)共計(jì)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(shí)，由于漿直接抽進(jìn)窯而少了平衡倉，還可以減少土建高度，費(fèi)用也相應(yīng)減少。

七、結(jié)束語
    在喂料系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了漿泵的速度由實(shí)際喂?jié){量的多少來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，比漿泵在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行節(jié)約大量電能，并且可實(shí)現(xiàn)喂料自動(dòng)化，是提高機(jī)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。