建筑工程论文艾默生变频器在水泥厂窑尾料浆喂料中的应用

　　这篇建筑工程师论文发表了艾默生变频器在水泥厂窑尾料浆喂料中的应用，在湿法水泥窑煅烧过程中，窑尾料浆的喂料控制是至关重要的一环，它直接关系到水泥熟料的产量和质量。论文介绍了变频器在调节料将流量的时候突出的应用。

　　关键词：建筑工程论文，机械设计论文

　　1 引言

　　传统的喂料控制方式有2种:(1)勺式喂料:单位勺的容积一定，通过调节直流电机转速来控制喂料量，这是老湿法窖普遍喂料方式，计量较准，但控制较复杂;(2)采用阀门调节，用电磁流量计进行计量的方式，这是近几年发展起来的喂料方式，控制较简便，但阀门执行器频繁动作，易出故障。以上两种方式料浆泵都是以工频恒速运行的。如图1所示为第2种喂料的框图(第一种把流量计和阀门换为勺式机)，对于料浆泵，具有以下特性:其(流量)Q∝N(转速)，(扬程)H∝N2，(轴功率)W∝N3。当流量减小时，如果泵的转速也随之下降，则轴功率可以降低很多，如果采用改变料浆泵的转速来调节料浆的流量，就能节约大量能量。而变频器具有良好的驱动性能，包括PID控制等先进控制算法、丰富的控制功能以及节能节电等显著特点，因此可以采用变频器来对原喂料方式进行改造。

　　2 系统实现

　　2.1 系统组成

　　新喂料框图如图2所示,各环节如下:

　　(1) 变频器:由于美国艾默生公司的变频器性价比高，选用它的TD2000变频器作为控制系统的执行器;

　　(2) 流量计:流量计为国内生产的电磁流量计，输出为标准4~20mA电流信号，最大流量为60方/小时;

　　(3) 料浆泵:使用原来的料浆泵(150NG)，密封性较好，低速运行时不漏浆。

　　2.2 软件设计

　　由于我厂使用DCS过程控制系统，这为实现喂料的手、自动控制带来了方便，手、自动切换和控制算法由DCS系统实现，变频器作为执行器，采取双闭环控制方式 如图3所示，外环为流量控制环，内环为变频器频率控制环;DCS系统接受实际流量信号和变频器的频率信号。设定流量与实际流量的偏差经运算后作为变频器的频率设定信号，与变频器的实际频率信号比较，运算结果作为变频器的实际频率信号。由于料浆泵有30m多的扬程，变频器低于31Hz时抽不出浆，而到39Hz时,就达到最大流量60m3，所以我们限定了变频器的运行频率，调节范围为31Hz~39Hz，它和DCS系统送出的0~10V频率信号对应。

　　然而绝大多数湿法窑都没有用DCS系统，这可以用变频器的内置PID功能，图4为它的控制框图，这种方式充分利用变频器的功能，外加一个手动和自动转换开关，而实现自动喂料时，把测速发电机的窑速信号(0~55V)变换成0~10V信号，经比例调节 器得到料浆喂料设定量。

　　喂料分手动和自动2种调节方式，手动调节由窑头操作工拫据窑况来设定喂料量;当窑况平稳正常时，喂料量跟踪窑速,由窑速快慢自动调节喂料量的多少。

　　3　控制电路图

　　流量设定信号为0~10V，接变频器VCI-GND端子;流量反馈信号为4~20mA(跳线CN10跳在I侧)，接变频器CCI-GND端子，变频器采用端子FWD-COM控制启/停。变频器的频率信号由FM-GND端子输出，如图5所示。

　　4　变频器参数设置

　　(1) 电机参数: (根据电机铬牌)

　　F146=1 (电机参数功能块显示)

　　F148=38 (电机额定电压)

　　F149=115 (电机额定电流)

　　F150=1440 (电机额定转速)

　　F151=75 (电机额定功率)

　　(2) 控制状态模式参数:

　　F00=2 (选择模拟端子给定(VCI-GND))

　　F02=1 (控制端子FWD-COM启停)

　　F19=25 (加速时间) F10=40 (减速时间)

　　F13=0 (最小模拟输入量)

　　F14=30 (最小模拟输入量对应频率)

　　F15=10 (最大模拟输入量)

　　F16=35 (最大模拟输入量对应频率)

　　(3) 闭环控制回路参数:使用变频器内置PID控制时设置。

　　F100=1 (选择模拟反馈闭环控制系统)

　　F101=1 (选择VCI模拟电压给定(0~10V)

　　F103=2 (选择反馈通道电CCI提供电流输入(0~20mA)(CN10跳在I侧))

　　F104=2 (反馈偏置量)

　　F106=125 (反馈通道增益)

　　F111=0.5 (比例系数)

　　F112=0.05 (积分时间)

　　5　调试方法

　　(1) 首先使系统开环运行，检测流量信号是否正确，并标定流量，使流量与流量计输出信号4~20mA对应，流量计最大流量60m3/h .

　　(2) 设置好变频器相关参数。

　　(3) 增加F111的值，直到系统开始振荡，则取F111=F111振荡×0.3。

　　(4) 增加F112积分系数值，直到系统开始振荡，则取F112=F112×0.5。

　　6 效果分析

　　本系统经改造投入运行后，工作稳定可靠，操作方便，取得了显著的经济效益。采用变频控制，料浆泵启/停时无冲击电流，正常运行时相对运行转速较低，使机械损耗减小，浆泵叶轮磨损明显减小，检修周期加长，可以不备用料浆泵，机械效率得到提高。本系统另一重要特点是能够节约大量电能:改造前料浆泵恒速运行，电流平均为110A，改造后喂相同的料浆，电流降为55A，节约功率37.5kW(浆泵为75kW)。如果以0.4元/度电来计算，则1个月可节约电费:37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可节约电费10万元，而料浆泵和流量计共计投入才4万元，不到半年就可收回成本，而且在新线的土建施工时，由于浆直接抽进窑而少了平衡仓，还可以减少土建高度，费用也相应减少。

　　7　结束语

　　在喂料系统中应用变频调速技术，实现了浆泵的速度由实际喂浆量的多少来进行自动调节，比浆泵在额定转速下运行节约大量电能，并且可实现喂料自动化，是提高机械效率和减少能耗的有效方法。特别是美国艾默生变频器作为控制系统的执行器，稳定性好，控制精度高，其变频器产品在我厂大量使用，其中75kW的变频器近60台，收到了良好的节能效果。

　　参考文献

　　[1] 艾默生变频器TD2000系列变频器技术手册、用户手册。

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