艾默生變頻器在水泥廠窯尾料漿喂料中應用
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重要的一環，它直接關系到水泥熟料的產量和質量。傳統的喂料控制方式有兩
（1）勺式喂料：單位勺的容積一定，通過調節直流電機轉速來控制喂料量，這是老濕法窖普遍喂料方式，計量較準，但控制較復雜；
（2）采用閥門調節，用電磁流量計進行計量的方式，這是近幾年發展起來的喂料方式，控制較簡便，但閥門執行器頻繁動作，易出故障。以上兩種方式料漿泵都是以工頻恒速運行的。如圖(1)所示為第二種喂料的框圖（第一種把流量計和閥門換為勺式機）。 圖(1) 傳統料漿控制框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 對于料漿泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(轉速)，(揚程)H∝N2，(軸功率)W∝N3。當流量減小時，如果泵的轉速也隨之下降，則軸功率可以降低很多，如果采用改變料漿泵的轉速來調節料漿的流量，就能節約大量能量。而變頻器具有良好的驅動性能，包括PID控制等先進控制算法、豐富的控制功能以及節能節電等顯著特點，因此可以采用變頻器來對原喂料方式進行改造。 二、系統實現 1、系統組成： 變頻器：由于美國艾默生公司的變頻器性價比高，選用其TD2000變頻器作為控制系統的執行器； 流量計：流量計為國產的電磁流量計，輸出為標準4~20mA電流信號，最大流量為60方/小時； 料漿泵：使用原來的料漿泵（150NG），密封性較好，低速運行時不漏漿。 圖(2)新喂料框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 1、軟件設計： 由于我廠使用DCS過程控制系統，這為實現喂料的手、自動控制帶來了方便，手、自動切換和控制算法由DCS系統實現，變頻器作為執行器，采取雙閉環控制方式，如圖（3），外環為流量控制環，內環為變頻器頻率控制環；DCS系統接受實際流量信號和變頻器的頻率信號。設定流量與實際流量的偏差經運算后作為變頻器的頻率設定信號，與變頻器的實際頻率信號比較，運算結果作為變頻器的實際頻率信號。由于料漿泵有30多米的揚程，變頻器低于31HZ時抽不出漿，而到39HZ時就達到最大流量60方，所以我們限定了變頻器的運行頻率，調節范圍為31HZ到39HZ，它和DCS系統送出的0~10V頻率信號對應。 圖(3)控制框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 然而絕大多數濕法窯都沒有用DCS系統，這可以用變頻器的內置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，外加一個手動和自動轉換開關，而實現自動喂料時，把測速發電機的窯速信號(0~55V)變換成0~10V信號，經比例調節 器得到料漿喂料設定量。 圖(4)控制框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 喂料分手動和自動兩種調節方式，手動調節由窯頭操作工拫據窯況來設定喂料量；當窯況平穩正常時，喂料量跟蹤窯速,由窯速快慢自動調節喂料量的多少。 三、控制電路圖 流量設定信號為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)，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 點擊此處查看全部新聞圖片 四、變頻器參數設置 (1)電機參數，根據電機鉻牌： F146=1 (電機參數功能塊顯示) F148=38 (電機額定電壓) F149=115 (電機額定電流) F150=1440 (電機額定轉速) F151=75 (電機額定功率) (2)控制狀態模式參數： F00=2 ((選擇模擬端子給定(VCI—GND) F02=1 (控制端子FWD—COM啟停) F19=25 (加速時間) F10=40 (減速時間) F13=0 (最小模擬輸入量) F14=30 (最小模擬輸入量對應頻率) F15=10 (最大模擬輸入量) F16=35 (最大模擬輸入量對應頻率) (3)閉環控制回路參數：使用變頻器內置PID控制時設置。 F100=1 (選擇模擬反饋閉環控制系統) 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) F104=2 (反饋偏置量) F106=125 (反饋通道增益) F111=0.5 (比例系數) F112=0.05 (積分時間) 五、調試方法
(1) 首先使系統開環運行，檢測流量信號是否正確，并標定流量，使流量與流量計輸出信號4~20mA對應，流量計最大流量60m3/h。
(2) 設置好變頻器相關參數。
(3) 增加F111的值，直到系統開始振蕩，則取F111=F111振蕩×0.3。
(4) 增加F112積分系數值，直到系統開始振蕩，則取F112=F112×0.5。 六、效果分析 本系統經改造投入運行后，工作穩定可靠，操作方便，取得了顯著的經濟效益。采用變頻控制，料漿泵啟/停時無沖擊電流，正常運行時相對運行轉速較低，使機械損耗減小，漿泵葉輪磨損明顯減小，檢修周期加長，可以不備用料漿泵，機械效率得到提高。本系統另一重要特點是能夠節約大量電能：改造前料漿泵恒速運行，電流平均為110A，改造后喂相同的料漿，電流降為55A，節約功率37.5KW（漿泵為75KW）。如果以0.4元/度電來計算，則1個月可節約電費：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可節約電費10萬元，而料漿泵和流量計共計投入才4萬，不到半年就可收回成本，而且在新線的土建施工時，由于漿直接抽進窯而少了平衡倉，還可以減少土建高度，費用也相應減少。 七、結束語 在喂料系統中應用變頻調速技術，實現了漿泵的速度由實際喂漿量的多少來進行自動調節，比漿泵在額定轉速下運行節約大量電能，并且可實現喂料自動化，是提高機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的執行器，穩定性好，控制精度高，其變頻器產品在我廠大量使用，其中75KW以上的變頻器就有五六十臺，均收到了良好的節能效果。
（1）勺式喂料：單位勺的容積一定，通過調節直流電機轉速來控制喂料量，這是老濕法窖普遍喂料方式，計量較準，但控制較復雜；
（2）采用閥門調節，用電磁流量計進行計量的方式，這是近幾年發展起來的喂料方式，控制較簡便，但閥門執行器頻繁動作，易出故障。以上兩種方式料漿泵都是以工頻恒速運行的。如圖(1)所示為第二種喂料的框圖（第一種把流量計和閥門換為勺式機）。 圖(1) 傳統料漿控制框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 對于料漿泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(轉速)，(揚程)H∝N2，(軸功率)W∝N3。當流量減小時，如果泵的轉速也隨之下降，則軸功率可以降低很多，如果采用改變料漿泵的轉速來調節料漿的流量，就能節約大量能量。而變頻器具有良好的驅動性能，包括PID控制等先進控制算法、豐富的控制功能以及節能節電等顯著特點，因此可以采用變頻器來對原喂料方式進行改造。 二、系統實現 1、系統組成： 變頻器：由于美國艾默生公司的變頻器性價比高，選用其TD2000變頻器作為控制系統的執行器； 流量計：流量計為國產的電磁流量計，輸出為標準4~20mA電流信號，最大流量為60方/小時； 料漿泵：使用原來的料漿泵（150NG），密封性較好，低速運行時不漏漿。 圖(2)新喂料框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 1、軟件設計： 由于我廠使用DCS過程控制系統，這為實現喂料的手、自動控制帶來了方便，手、自動切換和控制算法由DCS系統實現，變頻器作為執行器，采取雙閉環控制方式，如圖（3），外環為流量控制環，內環為變頻器頻率控制環；DCS系統接受實際流量信號和變頻器的頻率信號。設定流量與實際流量的偏差經運算后作為變頻器的頻率設定信號，與變頻器的實際頻率信號比較，運算結果作為變頻器的實際頻率信號。由于料漿泵有30多米的揚程，變頻器低于31HZ時抽不出漿，而到39HZ時就達到最大流量60方，所以我們限定了變頻器的運行頻率，調節范圍為31HZ到39HZ，它和DCS系統送出的0~10V頻率信號對應。 圖(3)控制框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 然而絕大多數濕法窯都沒有用DCS系統，這可以用變頻器的內置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，外加一個手動和自動轉換開關，而實現自動喂料時，把測速發電機的窯速信號(0~55V)變換成0~10V信號，經比例調節 器得到料漿喂料設定量。 圖(4)控制框圖 點擊此處查看全部新聞圖片 喂料分手動和自動兩種調節方式，手動調節由窯頭操作工拫據窯況來設定喂料量；當窯況平穩正常時，喂料量跟蹤窯速,由窯速快慢自動調節喂料量的多少。 三、控制電路圖 流量設定信號為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)，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 點擊此處查看全部新聞圖片 四、變頻器參數設置 (1)電機參數，根據電機鉻牌： F146=1 (電機參數功能塊顯示) F148=38 (電機額定電壓) F149=115 (電機額定電流) F150=1440 (電機額定轉速) F151=75 (電機額定功率) (2)控制狀態模式參數： F00=2 ((選擇模擬端子給定(VCI—GND) F02=1 (控制端子FWD—COM啟停) F19=25 (加速時間) F10=40 (減速時間) F13=0 (最小模擬輸入量) F14=30 (最小模擬輸入量對應頻率) F15=10 (最大模擬輸入量) F16=35 (最大模擬輸入量對應頻率) (3)閉環控制回路參數：使用變頻器內置PID控制時設置。 F100=1 (選擇模擬反饋閉環控制系統) 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) F104=2 (反饋偏置量) F106=125 (反饋通道增益) F111=0.5 (比例系數) F112=0.05 (積分時間) 五、調試方法
(1) 首先使系統開環運行，檢測流量信號是否正確，并標定流量，使流量與流量計輸出信號4~20mA對應，流量計最大流量60m3/h。
(2) 設置好變頻器相關參數。
(3) 增加F111的值，直到系統開始振蕩，則取F111=F111振蕩×0.3。
(4) 增加F112積分系數值，直到系統開始振蕩，則取F112=F112×0.5。 六、效果分析 本系統經改造投入運行后，工作穩定可靠，操作方便，取得了顯著的經濟效益。采用變頻控制，料漿泵啟/停時無沖擊電流，正常運行時相對運行轉速較低，使機械損耗減小，漿泵葉輪磨損明顯減小，檢修周期加長，可以不備用料漿泵，機械效率得到提高。本系統另一重要特點是能夠節約大量電能：改造前料漿泵恒速運行，電流平均為110A，改造后喂相同的料漿，電流降為55A，節約功率37.5KW（漿泵為75KW）。如果以0.4元/度電來計算，則1個月可節約電費：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可節約電費10萬元，而料漿泵和流量計共計投入才4萬，不到半年就可收回成本，而且在新線的土建施工時，由于漿直接抽進窯而少了平衡倉，還可以減少土建高度，費用也相應減少。 七、結束語 在喂料系統中應用變頻調速技術，實現了漿泵的速度由實際喂漿量的多少來進行自動調節，比漿泵在額定轉速下運行節約大量電能，并且可實現喂料自動化，是提高機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的執行器，穩定性好，控制精度高，其變頻器產品在我廠大量使用，其中75KW以上的變頻器就有五六十臺，均收到了良好的節能效果。
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