變頻器在石灰窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李先會(huì) 符史良 姚遠(yuǎn)

（1.西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司 2.海口港集裝箱碼頭有限公司 3.廣西電網(wǎng)宜州供電公司）

變頻器在石灰窯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李先會(huì)1符史良2姚遠(yuǎn)3

（1.西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司 2.?？诟奂b箱碼頭有限公司 3.廣西電網(wǎng)宜州供電公司）

介紹了變頻器在氣燒石灰窯系統(tǒng)的應(yīng)用，分析了氣燒石灰窯的特點(diǎn)、變頻器的參數(shù)應(yīng)用以及項(xiàng)目實(shí)踐中遇到的問(wèn)題。

變頻器V50；石灰窯；煤氣加壓

0 引言

在國(guó)家產(chǎn)業(yè)節(jié)能政策的導(dǎo)向下，利用高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等具有一定熱值的尾氣燃燒石灰[1]，在國(guó)內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用。氣燒石灰窯系統(tǒng)包括煤氣加壓站系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、輸送料倉(cāng)系統(tǒng)、粉碎設(shè)備系統(tǒng)等[2]。為解決傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)閥門對(duì)煤氣管網(wǎng)控制精度低、時(shí)效性差等缺陷，將變頻器應(yīng)用于石灰窯煤氣加壓系統(tǒng)、助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)無(wú)極調(diào)速，高效利用煤氣，節(jié)能環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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[1]。化學(xué)反應(yīng)式為：

其工藝過(guò)程為：預(yù)熱→煅燒→冷卻→卸灰。石灰石和燃料裝入石灰窯，氣體燃料通過(guò)管道燃燒器送入，預(yù)熱到100℃～850℃開(kāi)始脫碳酸分解，煅燒溫度達(dá)到850℃～1200℃后再經(jīng)過(guò)冷卻出灰溫度100℃后，卸料出窯[1]。自動(dòng)化控制是新技術(shù)石灰窯的重要特點(diǎn)[1]。采用PLC控制的電氣系統(tǒng)，控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，故障率低，提高了生產(chǎn)效率[3]。

氣燒石灰窯系統(tǒng)分為輸送料倉(cāng)、煤氣加壓站、窯余熱、高低壓配電、粉碎設(shè)備等系統(tǒng)[2]。每個(gè)子系統(tǒng)都具有相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行、監(jiān)控、操作等功能，并能通過(guò)PLC和Profibu-DP協(xié)議搭建控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。控制系統(tǒng)通過(guò)Profibus DP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將人機(jī)界面HMI（工程師站ES/操作員站OS）、集成CP5611 DP模塊IPC工控機(jī)、CPU S7-414、5套遠(yuǎn)程I/O子站ET200、V50變頻器帶DP專用模塊、帶DP儀表等設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備網(wǎng)絡(luò)一體化。中控室設(shè)置兩臺(tái)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(duì)各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控，各種信號(hào)在CRT畫面上顯示和報(bào)警，系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)圖

2 變頻器安裝與調(diào)試

本控制系統(tǒng)采用西門子V50變頻器，項(xiàng)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(jī)，兩套355 kW V50變頻器用于助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

V50屬于柜式結(jié)構(gòu)，變頻柜自帶主開(kāi)關(guān)、快熔、進(jìn)線電抗器、出線電抗器、功率單元以及電機(jī)端子等。V50變頻柜如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)安裝只需要變頻器I/O線路接線、網(wǎng)絡(luò)模塊接線、電機(jī)接線三部分，為快速安裝、調(diào)試創(chuàng)造了良好的條件。

圖2 V50變頻柜

2.1 安裝接線

在出廠狀態(tài)下，V50變頻柜帶有HA1-2000萬(wàn)能式斷路器，開(kāi)關(guān)控制回路直接連接到V50變頻器I/O板的第3個(gè)Digital Output3數(shù)字量輸出點(diǎn)，即23#、24#、25#端子，且23#端子常閉。系統(tǒng)上電時(shí)，變頻器啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出，若變頻器經(jīng)常報(bào)警F0003，即變頻器輸入電壓欠壓，原因是主開(kāi)關(guān)合閘速度過(guò)慢。因此直接把V50 I/O板的DO3號(hào)端子三根信號(hào)線拆掉，這樣不需要變頻器自身控制單元控制主開(kāi)關(guān)，而是利用人工合閘分閘，符合客戶的使用習(xí)慣。

2.2 本地/遠(yuǎn)程控制

根據(jù)生產(chǎn)工藝控制要求，設(shè)置兩種控制模式，即本地現(xiàn)場(chǎng)模式和遠(yuǎn)程模式，實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停和速度控制，這樣就要求控制系統(tǒng)可以提供兩套驅(qū)動(dòng)參數(shù)。V50參數(shù)系統(tǒng)提供了三套參數(shù)結(jié)構(gòu)（CDS0/CDS1/CDS2和DDS0/DDS1/DDS2)[4]，即常見(jiàn)的命令參數(shù)組CDS和驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)組DDS兩大類[4]。要實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程參數(shù)的切換，需要一個(gè)選擇開(kāi)關(guān)安裝在現(xiàn)場(chǎng)箱上?，F(xiàn)場(chǎng)箱選擇開(kāi)關(guān)連接到V50 I/O的數(shù)字量輸入3#端子（DI4)與9#端子上串聯(lián)構(gòu)成控制回路，參數(shù)設(shè)置P0810=722.3。并且通過(guò)DI4端子參數(shù)P0704高級(jí)BICO功能，靈活的定義DI4端子，通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)模式的切換，實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程參數(shù)的切換。

2.3 參數(shù)配置

以315 kW煤氣加壓機(jī)V50變頻柜調(diào)試為例，分別有電機(jī)參數(shù)、控制參數(shù)兩部分。其中需要使用參數(shù)復(fù)制功能，P0809實(shí)現(xiàn)命令參數(shù)組CDS1到CDS2的復(fù)制；P0819實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)數(shù)據(jù)組DDS1到DDS2的復(fù)制。由于有遠(yuǎn)程和本地模式選擇，因此兩組DDS的參數(shù)不完全相同，變頻器參數(shù)表如表1所示。

表1 變頻器參數(shù)表

根據(jù)表1的參數(shù)設(shè)置，可完成快速調(diào)試以及參數(shù)修改。在PLC端使用軟件STEP7 V5.5組態(tài)變頻器控制程序、PID程序（管網(wǎng)有壓力開(kāi)關(guān)、流量?jī)x表等反饋信號(hào)），使用WinCC V7.0軟件完成系統(tǒng)畫面設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程單機(jī)調(diào)試V50變頻器，全部測(cè)試條件滿足后，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連調(diào)。

3 結(jié)論

整套設(shè)備運(yùn)行半年來(lái)，V50變頻器以其良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的控制效果，給企業(yè)帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。氣燒石灰窯是以高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣為特點(diǎn)的“廢氣”循環(huán)利用，使用變頻器對(duì)煤氣加壓站電機(jī)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，操作方便，提高了能源利用率，具有控制精度高、自動(dòng)化程度高、保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)。對(duì)中小鋼鐵企業(yè)、焦化企業(yè)、電石企業(yè)以及耐火材料工業(yè)等是非常好的節(jié)能、環(huán)保、增效的途徑[1]。

[1] 氣燒石灰窯信息專集.http://www.docin.com/p-135553391. Html.2009,9.

[2] 楊佃平,李振強(qiáng),陶玲,等.石灰窯自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].萊鋼科技,2008(6):71-72.

[3] 姜樹(shù)蘅,吳斌.PLC在氣燒活性石灰窯電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江蘇機(jī)械制造與自動(dòng)化,1999(1):37-39.

[4] SIEMSNS. SINAMICS V50 變頻調(diào)速柜55kW-500kW 安裝調(diào)試手冊(cè)[M].2010.06.

The Application of Inverter V50 of Gas Burned Limekiln Control System

Li Xianhui1Fu Shiliang2Yao Yuan3

(1.Siemens Factory Automation and Engineering Co., Ltd.

2. Haikou Harbour Container Terminal Co., Ltd. 3.Yizhou Power Grid Company, CSG)

This paper introduces SINAMCIS V50 inverter application including the project design and executive commission in gas compressed pump system and combustion-supporting system. The gas burned limekiln characteristics, parameters setting in inverter V50 and actual adjusting in the project are analyzed.

Inverter V50; Limekiln; Gas Compressed Pump

李先會(huì)，男，1981年生，廣西桂林人，西門子資深技術(shù)支持工程師，廣東省自動(dòng)化學(xué)會(huì)會(huì)員，華南理工大學(xué)工程碩士在讀，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化與變頻節(jié)能改造。E-mail: 13503078958@126.com。