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杭州菱設自動化系統有限公司
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變頻器在石灰窯控制系統中的應用

發布時間:2013-11-07
變頻器在石灰窯控制系統中的應用在國家產業節能政策的導向下,利用高爐煤氣、焦爐煤氣等具有一定熱值的尾氣燃燒石灰,在國內獲得了廣泛應用。氣燒石灰窯系統包括煤氣加壓站系統、高低壓配電系統、輸送料倉系統、粉碎設備系統等。為解決傳統人工調節閥門對煤氣管網控制精度低、時效性差等缺陷,將變頻器應用于石灰窯煤氣加壓系統、助燃風機系統,實現風機無極調速,高效利用煤氣,節能環保,具有良好的經濟效益。

1 控制系統設計

氣燒石灰窯的作用是燒制石灰。由于石灰石主要成分是碳酸鈣,而石灰成分主要是氧化鈣,故燒制石灰就是借助高溫,把石灰石中的碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳的生石灰。化學反應式為:

CaCO3=CaO+CO2↑(高溫)

其工藝過程為:預熱→煅燒→冷卻→卸灰。石灰石和燃料裝入石灰窯,氣體燃料通過管道燃燒器送入,預熱到100℃~850℃開始脫碳酸分解,煅燒溫度達到850 ℃~1200℃后再經過冷卻出灰溫度100℃后,卸料出窯。
自動化控制是新技術石灰窯的重要特點。采用PLC 控制的電氣系統,控制系統運行可靠,故障率低,提高了生產效率。

氣燒石灰窯系統分為輸送料倉、煤氣加壓站、窯余熱、高低壓配電、粉碎設備等系統。每個子系統都具有相對獨立的運行、監控、操作等功能,并能通過PLC 和Profibu-DP 協議搭建控制系統網絡。控制系統通過Profibus DP 網絡協議,將
人機界面HMI(工程師站ES/操作員站OS)、集成CP5611 DP 模塊IPC工控機、CPU S7-414、5 套遠程I/O 子站ET200、V50變頻器帶DP 專用模塊、帶DP 儀表等設備連接起來,實現自動化設備網絡一體化。中控室設置兩臺CRT操作站,HMI 采用WinCC V7.0。CRT 操作站放置在石灰車間中控室,對各系統設備運轉情況進行監控,各種信號在CRT 畫面上顯示和報警,系統組態結構如圖1 所示。

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圖1 控制系統組態結構圖

2 變頻器安裝與調試


本控制系統采用西門子V50 變頻器,項目一期1*600t 氣燒石灰窯選用三套315 kW V50 變頻器用于煤氣加壓機,兩套355 kW V50 變頻器用于助燃風機系統。

V50 屬于柜式結構,變頻柜自帶主開關、快熔、進線電抗器、出線電抗器、功率單元以及電機端子等。現場安裝只需要變頻器I/O線路接線、網絡模塊接線、電機接線三部分,為快速安裝、調試創造了良好的條件。

2.1 安裝接線

在出廠狀態下,V50 變頻柜帶有HA1-2000 萬能式斷路器,開關控制回路直接連接到V50 變頻器I/O板的第3 個Digital Output3 數字量輸出點,即23#、24#、25#端子,且23#端子常閉。系統上電時,變頻器啟動信號發出,若變頻器經常報警F0003,即變頻器輸入電壓欠壓,原因是主開關合閘速度過慢。因此直接把V50 I/O 板的DO3 號端子三根信號線拆掉,這樣不需要變頻器自身控制單元控制主開關,而是利用人工合閘分閘,符合客戶的使用習慣。

2.2 本地/遠程控制

根據生產工藝控制要求,設置兩種控制模式,即本地現場模式和遠程模式,實現變頻器的啟停和速度控制,這樣就要求控制系統可以提供兩套驅動參數。V50 參數系統提供了三套參數結構(CDS0/CDS1/CDS2 和DDS0/DDS1/DDS2),即常見的命令參數組CDS 和驅動數據組DDS 兩大類。要實現本地和遠程參數的切換,需要一個選擇開關安裝在現場箱上。現場箱選擇開關連接到V50 I/O 的數字量輸入3#端子(DI4)與9#端子上串聯構成控制回路,參數設置P0810=722.3。并且通過DI4 端子參數P0704 **BICO 功能,靈活的定義DI4 端子,通過選擇開關模式的切換,實現本地/遠程參數的切換。

2.3 參數配置

以315 kW煤氣加壓機V50 變頻柜調試為例,分別有電機參數、控制參數兩部分。其中需要使用參數復制功能,P0809 實現命令參數組CDS1 到CDS2 的復制;P0819 實現傳動數據組DDS1 到DDS2 的復制。由于有遠程和本地模式選擇,因此兩組DDS 的參數不完全相同,變頻器參數表如表1 所示。

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根據表1 的參數設置,可完成快速調試以及參數修改。在PLC 端使用軟件STEP7 V5.5 組態變頻器控制程序、PID 程序(管網有壓力開關、流量儀表等反饋信號),使用WinCC V7.0 軟件完成系統畫面設計,遠程單機調試V50 變頻器,全部測試條件滿足后,實現系統連調。

3 結論

整套設備運行半年來,V50 變頻器以其良好的穩定性和優異???控制效果,給企業帶來了明顯的經濟效益和社會效益。氣燒石灰窯是以高爐煤氣、焦爐煤氣為特點的“廢氣”循環利用,使用變頻器對煤氣加壓站電機進行無極調速,設備安裝簡單,操作方便,提高了能源利用率,具有控制精度高、自動化程度高、保護環境等特點。對中小鋼鐵企業、焦化企業、電石企業以及耐火材料工業等是非常好的節能、環保、增效的途徑
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