這篇機(jī)械核心論文發(fā)表了燒結(jié)皮帶上料系統(tǒng)變頻改造，隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)應(yīng)用的普及，各廠普遍采用電子秤和PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了皮帶上料和配料的自動(dòng)化。論文探討了自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成，并針對(duì)改造需要注意的問題進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)械核心論文,系統(tǒng)變頻改造

　　配料控制是燒結(jié)工藝的第1步，它決定著燒結(jié)礦的產(chǎn)品性能及技術(shù)指標(biāo)。皮帶配料控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳統(tǒng)上采用滑差電機(jī)調(diào)速控制與皮帶電子秤連接，可以接收4~20mA信號(hào)，對(duì)控制電機(jī)進(jìn)行大范圍的無級(jí)調(diào)速，手/自動(dòng)之間是無擾動(dòng)切換。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)粉塵大，料粒不穩(wěn)，料的濕度不勻，當(dāng)調(diào)節(jié)范圍較小，低速運(yùn)行時(shí)，滑差電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，調(diào)節(jié)效果不好，容易發(fā)熱，損壞電機(jī)。另外，滑差電機(jī)價(jià)格較高，維修工作量大，更換不方便，無法滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的節(jié)奏，逐漸被變頻調(diào)速電機(jī)取代。針對(duì)上述問題，山西新臨鋼燒結(jié)廠于2001年1月對(duì)配料系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，用變頻器代替了滑差調(diào)速。在改造過程中，出現(xiàn)過不少問題，調(diào)速穩(wěn)定性達(dá)不到要求，經(jīng)過一個(gè)月觀察、分析，找出原因，問題得到解決。

　　2 自動(dòng)配料系統(tǒng)的組成

　　改造后的配料控制系統(tǒng)以單個(gè)圓盤組成一個(gè)閉環(huán)回路，如圖1所示。

　　圖1 配料系統(tǒng)單圓盤控制組成

　　臨鋼燒結(jié)廠配料系統(tǒng)共12個(gè)圓盤，這樣就有12個(gè)如圖1的單回路儀表控制系統(tǒng)。多臺(tái)儀表配料秤與計(jì)算機(jī)通過RS-485通訊，完成料種料量的分類設(shè)定與采集，匯總各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一操作指揮，實(shí)現(xiàn)了配料系統(tǒng)的自動(dòng)化。過去的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖2所示。

　　具體改造步驟為:將滑差調(diào)速控制器更換為變頻器;調(diào)速電機(jī)由滑差電機(jī)改為三相異步電機(jī);改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)操作箱控制原理，實(shí)現(xiàn)變頻器手/自動(dòng)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(diào)速控制

　　圖3中幾個(gè)接口功能簡(jiǎn)單說明如下:(5、6、7、16、等接口的功能，可通過對(duì)變頻器設(shè)定參數(shù)來定義)

　　5-開機(jī)信號(hào) >+10V 時(shí)有效控制;

　　6-自動(dòng)工作信號(hào) >+10V 時(shí)有效，

　　<+10V 時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)有效;

　　7-復(fù)位信號(hào) >+10V ↑上升沿時(shí)有效;

　　16-停機(jī)信號(hào) <+10V 時(shí)有效。

　　3 改造中應(yīng)注意的問題

　　(1) 首先應(yīng)確保變頻器工作現(xiàn)場(chǎng)干擾小，這是變頻器穩(wěn)定工作的前提。常見措施有:

　　敷設(shè)線纜需屏蔽措施，與強(qiáng)電線路保持一定距離，且不同槽，避免諧波信號(hào)和電磁干擾;

　　控制接地措施要好,當(dāng)廠區(qū)電氣接地網(wǎng)阻小于4Ω時(shí)機(jī)殼可接至廠區(qū)電器專業(yè)接地網(wǎng)，否則獨(dú)立接地。

　　屏蔽接地應(yīng)設(shè)置單獨(dú)接地系統(tǒng)。

　　(2) 變頻器外圍線路要有良好措施，這是變頻器穩(wěn)定工作的保障。具體如下:

　　A) 變頻器類型自選，其中可設(shè)定參數(shù)的接口要與接線圖對(duì)應(yīng)

　　B) 變頻器開機(jī)及手/自動(dòng)切換時(shí)應(yīng)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(tǒng)干擾。我廠改造時(shí)，加與不加濾波電容效果明顯不同。

　　C) 開機(jī)時(shí)，R、C回路充放電造成瞬間滯后，可確保變頻器復(fù)位信號(hào)優(yōu)先于開機(jī)信號(hào)，使變頻器能正常啟動(dòng)和穩(wěn)定工作。

　　D) 儀表輸出的PID信號(hào)應(yīng)調(diào)整為4~20mA，且與變頻器隔離，防止0~10mA時(shí)容易出現(xiàn)的零點(diǎn)漂移。

　　E) 現(xiàn)場(chǎng)操作箱中的手/自動(dòng)開關(guān)及繼電器選型要可靠，保護(hù)措施要好，因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，粉塵大，溫度高，容易造成系統(tǒng)控制瞬間暫停。

　　(3) 適當(dāng)選擇變頻器控制方式，這是提高變頻器工作效率的關(guān)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(guān)系，矢量控制。

　　變頻器能否穩(wěn)定工作是調(diào)試的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，我廠選用的變頻器是西門子MMV變頻器，為得到最好的動(dòng)態(tài)調(diào)速性能，將原出廠調(diào)試的轉(zhuǎn)差率調(diào)速方式改為免測(cè)速矢量控制方式。

　　配料秤每秒掃描一次現(xiàn)場(chǎng)傳感器送回的稱量數(shù)據(jù)，并且根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出新的PID控制信號(hào)發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)，所以系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)工作過程。轉(zhuǎn)差率調(diào)速方式雖然能夠維持磁通和轉(zhuǎn)矩恒定，但他基本關(guān)系是從穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性推導(dǎo)出來，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)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(huì)形成突加負(fù)載，而且落在皮帶秤上會(huì)引起傳感器的信號(hào)波動(dòng)。如果能在負(fù)載突加時(shí)，迅速將電磁轉(zhuǎn)矩提上來，即可獲得較快的恢復(fù)時(shí)間和較小的動(dòng)態(tài)速降，調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能歸根結(jié)底是對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)整。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可在四象限中對(duì)動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行精確控制，矢量控制的基本思路是按照同樣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)這一等效原則建立起來的，可以在三相異步電機(jī)上模擬直流電機(jī)的控制規(guī)律，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。實(shí)踐證明，這種控制方式非常適合燒結(jié)廠配料的工藝要求。當(dāng)選擇測(cè)速矢量控制方式時(shí)，定于電阻測(cè)量功能置位，變頻器第一次運(yùn)行時(shí)，將自動(dòng)測(cè)定電機(jī)的定子電阻，并根據(jù)參數(shù)表中的電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算電機(jī)常數(shù)，從而模擬直流電機(jī)的控制規(guī)律，與三相異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。

　　特殊情況下單臺(tái)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)時(shí)，上料量較低，需要電機(jī)在10Hz以內(nèi)的頻率下穩(wěn)定工作，對(duì)控制系統(tǒng)的低速特性提出了較高的要求。矢量控制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在低頻工作時(shí)保持恒轉(zhuǎn)矩，既改善了系統(tǒng)的低速特性，又?jǐn)U大了調(diào)速范圍。改造后，電機(jī)可以在3Hz-50Hz之間穩(wěn)定運(yùn)行，完全滿足生產(chǎn)需求。

　　4 運(yùn)行效果

　　此次改造，經(jīng)過短期調(diào)試，很快達(dá)到了預(yù)期目的，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(1) 改善了系統(tǒng)的低速特性，擴(kuò)大了調(diào)速范圍。電機(jī)可以在3Hz-50Hz之間穩(wěn)定運(yùn)行。

　　(2) 改造至今，園盤電機(jī)的故障率降為零，減少了維修費(fèi)用，提高了生產(chǎn)作業(yè)率。

　　(3) 閉環(huán)響應(yīng)時(shí)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(jī)替換滑差電機(jī)，降低了設(shè)備成本，提高了維護(hù)效率。

　　(5) 配料數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，為后來分廠聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)管控一體化，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　推薦期刊：《機(jī)械制造與自動(dòng)化》(雙月刊)創(chuàng)刊于1972年， 由南京機(jī)械工程學(xué)會(huì)、南京機(jī)電產(chǎn)業(yè)(集團(tuán))有限公司主辦。