閉環(huán)控制技術(shù)在高頻電源除塵系統(tǒng)中的應用

馬永明

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南安陽 455000)

閉環(huán)控制技術(shù)在高頻電源除塵系統(tǒng)中的應用

馬永明

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南安陽 455000)

將電流閉環(huán)控制技術(shù)應用于電除塵高頻電源控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了跟蹤電場的動態(tài)運行情況，自動調(diào)節(jié)極限電流給定值，是高頻電源節(jié)能技術(shù)在燒結(jié)機電除塵應用中的一個創(chuàng)新和突破。

閉環(huán)控制;高頻電源;電除塵;極限電流給定值

0 引言

除塵器高頻高壓電源是國際上先進的電除塵器供電新型電源，與傳統(tǒng)的可控硅控制工頻電源相比，具有輸出紋波小、平均電壓電流高、體積小、重量輕、集成一體化結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換效率與功率因數(shù)高、采用三相平衡供電對電網(wǎng)影響小等特點，性能優(yōu)異可以較大幅度地提高除塵器的除塵效率。

近年來，安鋼配套建設(shè)了6000m3級3號鐵煉高爐和500m2燒結(jié)機工程項目，3號燒結(jié)機電除塵器采用福建龍凈環(huán)保節(jié)能控制系統(tǒng)，高頻電源首次在3號燒結(jié)機電除塵系統(tǒng)中大規(guī)模使用。3號燒結(jié)機電除塵從2012年5月投產(chǎn)以來，高頻電源的使用、維護和維修面臨許多難題，如何確保電除塵器大容量高頻電源的穩(wěn)定、可靠運行，將直接影響到燒結(jié)機的穩(wěn)定運行。鑒于原控制系統(tǒng)存在的不能動態(tài)地對二次電流極限值進行自動反饋調(diào)節(jié)，因此有必要在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上自行設(shè)計開發(fā)一套高頻電源極限電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1 原電除塵系統(tǒng)運行狀況及存在的問題

1．1 原電除塵系統(tǒng)(設(shè)備)組成

(1)高頻電源控制系統(tǒng)。其主要功能提供純直流供電、間歇脈沖供電兩種控制方式，具有自動和手動兩種運行方式;對振打采用高低壓一體化控制功能，包括振打控制和斷電振打控制，同時還具有反電暈檢測控制;提供完善的保護功能設(shè)備能承受在額定負載條件下，開機和停機的沖擊。

(2)低壓控制系統(tǒng)。主要完成除塵器本體低壓電氣設(shè)備的控制任務(wù)。

(3)上位機監(jiān)控系統(tǒng)。采用Vijeo Citect監(jiān)控軟件，通過以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)對每臺電除塵器高頻電源控制系統(tǒng)、本體低壓設(shè)備控制系統(tǒng)、本體清灰控制系統(tǒng)控制，保證對整個除塵控制系統(tǒng)正常運行。

3號燒結(jié)機電除塵器高頻電源改造前的極限電流給定值控制系統(tǒng)由上位機監(jiān)控系統(tǒng)、高頻電源兩部分組成，在上位機上由操作人員給定電流極限值，通過以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對高頻電源極限電流給定值的開環(huán)控制。原控制方案結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 原系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)

1．2 原電除塵控制系統(tǒng)運行情況及存在的問題

在燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中，由于燒結(jié)工藝的變化，流過電除塵器的灰塵量、廢氣溫度、壓力、濕度等各種因素時刻處于變化中，電流極限值的給定和調(diào)節(jié)控制是除塵設(shè)備日常運行過程中的關(guān)鍵性問題。在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，由于燒結(jié)工藝變化、生產(chǎn)條件的改變，需要及時調(diào)節(jié)電場的電流極限值，盡可能地降低電能消耗，達到節(jié)能的目的。

原系統(tǒng)控制方案運行時，如果電場電流極限值一直不變，可能出現(xiàn)以下情況:一是電流極限值大于動態(tài)最大電流極限值，火花率偏大，電場承受的二次電壓較低，收塵效果不好，此時可適當降低電流極限值;二是電流極限值等于動態(tài)最大電流極限值，火花率接近零，電場承受的二次電壓上升，電流極限值不用調(diào)整;三是電流極限值小于動態(tài)最大電流極限值，電場承受的二次電壓繼續(xù)上升，為了提高收塵效率，可適當提高電流極限值。

3號電除塵器高頻電源改造前采用福建龍凈環(huán)保公司上位機監(jiān)控系統(tǒng)開環(huán)控制方案，電流極限值偏大時，如果二次電壓低，則電場收塵效率下降，高頻電源電子元件損壞率升高，同時電耗超標。如果電場二次電壓偏高則火花率高，電場處于動蕩狀態(tài)，二次揚塵嚴重，整個電場收塵效率降低。另外，給定電流極限值偏小時，收塵效果變差，煙塵排放不達標，而且嚴重影響主抽風機的風葉使用壽命。

原控制系統(tǒng)存在通用性強、針對差的問題，特別是在生產(chǎn)過程中由于電場二次電壓隨生產(chǎn)工況的波動，不能對二次電流極限值進行自動反饋調(diào)節(jié)，需要崗位工實時監(jiān)控二次電壓和二次電流的變化，人工調(diào)節(jié)二次電流極限值給定，直接影響了系統(tǒng)的除塵效果，同時增加能耗。

2 改造設(shè)計方案

2．1 功能設(shè)計及實現(xiàn)

通過對上位機監(jiān)控系統(tǒng)Vijeo Citect監(jiān)控軟件編程和PLC控制系統(tǒng)M340PLC用戶程序的二次開發(fā)，設(shè)計研制了一套3號電除塵器高頻電源極限電流閉環(huán)控制系統(tǒng)(見圖2)。

圖2 系統(tǒng)控制設(shè)計方案結(jié)構(gòu)

上位機監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有的Vijeo Citect監(jiān)控軟件，實現(xiàn)電除塵器專家管理系統(tǒng)和操作人員之間人機交流，完成參數(shù)設(shè)定;實現(xiàn)高頻電源設(shè)定參數(shù)、運行數(shù)據(jù)和PLC控制程序之間數(shù)據(jù)交換;實現(xiàn)PLC和高頻電源通訊數(shù)據(jù)增加，解決上位機監(jiān)控系統(tǒng)和高頻電源通訊網(wǎng)絡(luò)堵塞問題。

PLC控制系統(tǒng)利用除塵器本體低壓電氣設(shè)備現(xiàn)有M340PLC控制系統(tǒng)，完成高頻電源設(shè)定參數(shù)、運行數(shù)據(jù);根據(jù)高頻電源設(shè)定參數(shù)、運行數(shù)據(jù)和人機交流參數(shù)，實現(xiàn)電除塵器專家管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對電場電流極限值進行實時自動閉環(huán)控制調(diào)節(jié)功能。

2．2 改造效果及分析

新系統(tǒng)控制方案運行后，根據(jù)電場內(nèi)部工況以及二次電壓的變化，二次電流值始終接近電流極限設(shè)定值，電流極限值通過增加或減少跟蹤電場動態(tài)變化，讓電場運行在少火花狀態(tài)，在保證電場的收塵效果前提下達到最佳節(jié)能狀態(tài)。

改造后實現(xiàn)了預期的目標，電場電流極限值給定值根據(jù)電場火花率、二次電壓、二次電流檢測值，按照控制方案，在給定的電流極限范圍內(nèi)，定時跟蹤動態(tài)電場的運行情況，自動調(diào)節(jié)輸出電場電流極限值給定值，有火花率時，運行在少火化率狀態(tài)，無火花率時，運行在給定的二次電壓值范圍內(nèi)，電場的除塵效率升高。實現(xiàn)一鍵操作，確保了高頻電源和風機同步運行，降低高頻電源的維修量。

3 結(jié)語

該電除塵器高頻電源極限電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的成功開發(fā)設(shè)計和改造，從減少項目投資效益、節(jié)約人力成本、提高設(shè)備作業(yè)率、節(jié)約備件費等，經(jīng)濟效益顯著。較改造之前設(shè)計合理，現(xiàn)已運行一年多，實際運行效果良好，是高頻高壓電源技術(shù)在燒結(jié)機電除塵應用中的突破。

［1］張占松，蔡宣三．開關(guān)電源的原理與設(shè)計［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2004．

［2］王兆安，黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù)［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

［3］高甲午，逯巖輝，王穎潔，等．一種新型除塵電源及其節(jié)電機理分析［J］．電力環(huán)境保護，2009，25(6):53－54．

Application of closed－loop control technology in high frequency power dust removal system

The current closed－loop control technology is used in high－frequency power ESP control system to achieve the dynamic operation of the electric field tracking，automatic adjustment of the current limit setpoint．It is a energy－saving technology innovations and breakthroughs in sintering electrical dust removal system．

closed－loop control;high frequency power supply;ESP;limiting current setpoint

X701．2

B

1674－8069(2015)03－044－02

2014-12-16;

2015-03-02

馬永明(1971-)，男，河南武陟人，高級工程師，主要從事電氣自動化控制工作。E－mail:13598115628@139．com