MM430變頻器在窯尾喂料系統中的應用

　　1 引言
　　方斗山水泥有限公司Φ3m×50m四級旋風預熱帶窯外分解窯2003年4月改造以來，窯尾使用電磁調速電動機和沖板流量計手動調節入窯料流量，工藝流程如圖1所示。

　　來自生粉倉和電收塵的混合物料經斗式提升機提升到穩流倉（29T），調節雙管螺旋喂料機（LE250×2000mm4.1～41m2／h）的轉速就可調節穩流倉的下料量，物料經雙管螺旋喂料機后進入沖板流量計對物料計量，然后經氣力提升泵提升至窯外分解爐2級筒。操作人員根據沖板流量計—流量積算儀顯示的料流量手動調節電磁調速電動機的轉速，以給定入窯料流量，當料流量發生波動時，操作人員必須手動調節電磁調速電動機的轉速，以穩定入窯料流量。使用過程中發現在窯尾風壓變化、物料濕度變化、電收塵器振打過后或生粉倉來料不均的情況下，通過雙管螺旋喂料機的料流量均會頻繁波動，且幅度很大，經常冒料失控，操作人員需頻繁調節電磁調速電動機轉速，且難以穩定入窯料流量，這給后級煅燒帶來很大的不便，質量難以控制，且電磁調速電動機在惡劣環境下故障頻繁，決定對其改造。
　　2 系統結構
　　利用閑置的一臺西門子MicroMas ter43037kW變頻器來調節雙管螺旋喂料機驅動電動機的轉速，用一臺Y系列15kW4極三相異步電動機更換掉以前的電磁調速電動機。MM430為通用變頻器，內置PID功能簡化了系統結構，FCC（磁通電流限制）改善了動態響應和電動機的控制特性，BiCo（二進制互聯連接）技術為應用設計帶來了極大的靈活性。控制系統結構如圖2所示。
　　當在手動方式下運行時，給定信號為轉速信號，開環控制電動機轉速；當在自動方式下運行時，給定信號為料流量信號，MM430變頻器、螺旋喂料機、沖板流量計、流量積算儀組成PID閉環控制系統。沖板流量計輸出的正比于料流量的頻率信號，經流量積算儀標定（兼有顯示料流量，累積料流量的功能）輸出正比于料流量的1～5V電壓信號，經隔離后反饋到MM430變頻器完成閉環控制。這是一個典型的PID閉環控制系統，在此主要講述變頻器功能的實現。
　　3 變頻器控制
　　如圖3所示，由電位器W1提供給定電壓信號進入模入通道AN1，電壓表V1指示給定電壓，電壓表表盤標定為料流量0～80t／h和轉速（輸出頻率）0～50Hz兩條刻度，以方便操作。SA1待機／運行旋鈕使用數字輸入通道DI1用于變頻器的啟動停機，當斷開時變頻器處于待機狀態停止輸出，冷卻風扇停機以延長使用壽命，指示燈HG1和HG2同時點亮以指示變頻器當前工作狀態。SA2自動／手動旋鈕使用數字輸入通道DI3用于系統運行方式的選擇，由于大部分時間在自動方式工作，所以設置斷開為自動方式。FR為電動機熱繼電器常閉觸點，使用數字輸入通道DI4，MM430變頻器內部有較為完善的基于電動機數學模型的電子式熱過載繼電器，但它需要在現場檢測正確的電動機參數，有時感覺多有不便，所以使用外部熱繼電器為后備保護。反饋信號使用模入通道AN2，使用信號隔離器防止變頻器干擾進入流量積算儀。模出通道AO1設置為變頻器輸出頻率指示，模出通道AO2設置為變頻器輸出電流指示。數字輸出DO1用于HR1變頻器故障或報警指示；數字輸出DO2用于當變頻器輸出頻率低于5Hz超過5s指示，系統正常運行時輸出頻率一般在8Hz～45Hz，當指示燈HG1點亮時表明料流量波動較大可能冒料，電動機轉速過低不宜長時間運行；數字輸出DO3用于變頻器輸出頻率達到50Hz指示，當指示燈HG2點亮時表明可能缺料。指示燈使用24V供電以增強系統的可靠性。

　　如圖4所示，當自動／手動旋鈕置于自動方式時，r0722．2為邏輯0，通過NOT2反相為邏輯1把單刀雙擲邏輯開關接通PID通道，變頻器在PID閉環控制下運行，模入通道AN1此時為料流量給定。當自動／手動旋鈕置于手動方式時，單刀雙擲邏輯開關接通主設定通道，變頻器在開環控制下運行，模入通道AN1此時為轉速給定。
　　MM430變頻器故障與報警信號為兩個不同的位，分別為r0052．3與r0052．7，兩個位通過內部邏輯或OR1驅動數字輸出DO1。驅動裝置準備位r0052．0與變頻器的實際頻率f-act＜＝p2155（f－1）（p2155f－1設為5Hz）位r0053．5通過內部邏輯或OR2驅動數字輸出DO2。驅動裝置準備位r0052．0與已達最大頻率位r0052．A通過內部邏輯或OR3驅動數字輸出DO3。數字輸出的3個邏輯較簡單，在此未給出邏輯圖。其他的一些參數設置如ADC標定、DAC標定、電動機參數自動監測、保護參數的設置在其他變頻器中也較常用，在此不再贅述。
　　4調試中遇到的問題
　　（1）干擾。調試中發現當變頻器有輸出時，流量積算儀受到嚴重干擾，頻繁死機重啟。由于在生產線建設時窯尾到窯頭中控室的儀表通訊回路、沖板流量計—流量積算儀回路和強電回路在一個走線架上敷設，變頻器安裝在窯頭中控室到窯尾電動機的電纜也在此走線架上敷設，且長達80m，沖板流量計—流量積算儀之間為脈沖信號，頻率正好和變頻器的載頻接近，干擾由此產生。按變頻器手冊的要求，電動機機殼與變頻器可靠聯接且接地，采用四芯電纜接線，干擾信號通過地線回到變頻器，有效地解決了對流量積算儀的干擾。其他回路都為4～20mA電流環或強電開關量抗干擾能力較強，未產生干擾。
　　（2）兩個模出通道設置為電壓輸出，按變頻器手冊說明，需在端子上并聯一個500Ω電阻進行電流／電壓轉換，但在調試時發現，由于輸出電壓表V1V2的內阻關系模出通道滿偏并不能在500Ω電阻上取得10V電壓，所以電阻增加到520Ω結合變頻器內部對兩個模出通道標定使輸出電壓達到10V。
　　（3）變頻器上電時跳F0080ADC輸入信號丟失故障代碼，按復位鍵后正常。查輸入信號正常且一直存在（因流量積算儀和隔離器為不間斷供電），變頻器P0762信號丟失的延遲時間缺省值為10mS，調為1000mS解決上電跳F0080故障代碼。
　　（4）PID參數的選擇。經過調試選擇P＝0．4,I＝9S,D＝3S在冒料后可以得到快速的響應，同時不至于產生振蕩。當冒料發生時，變頻器可以快速地降低到0，防止料流量過大，但物料仍會通過雙管螺旋喂料機達數T，雙管螺旋喂料機無法有效鎖料的問題仍給后級設備帶來壓力，所以準備在雙管螺旋喂料機與穩流倉之間加一級葉輪給料機，形成雙閉環，以達到入窯物料恒流量控制。
　　（5）變頻器計算的電動機溫度不準確。變頻器使用電動機參數自動計算功能，p0335電動機的冷卻使用缺省值0（自冷：采用安裝在電動機軸上的風機進行冷卻），運行中自動計算的電動機溫度遠高于實際電動機溫度，頻繁跳閘。p0335電動機的冷卻改為值2（自冷和內置冷卻風機），自動計算的電動機溫度與實際電動機溫度相符。
　　5結束語
　　MM430的內置PID和Bico能夠實現簡單反饋和邏輯控制，避免在簡單任務中使用PLC或復雜的繼電控制，從而給設計人員帶來極大的靈活性，降低了系統的成本。本文所述的系統在變頻器單機的情況下實現了友好的操作界面和控制功能，有效地降低了操作人員的勞動強度，減少了冒料的次數，非冒料的情況下能夠穩定在目標值±2T的范圍內，即使冒料后也能夠快速作出反應，不超過目標值±10T10S，避免入窯料流量過度失控，有效地降低了入窯物料的波動范圍。