基于熱軋生產(chǎn)線的加熱爐風機變頻控制改造的研究

趙常操

（河鋼集團承鋼分公司自動化中心，河北 承德 067002）

眾所周知，在鋼鐵企業(yè)，加熱爐是用能大戶，消耗煤氣，產(chǎn)生熱量來對板坯加熱，達到工藝要求。那么，加熱爐鼓風機的控制也對加熱爐的整體能源的消耗和成本控制起著至關重要的作用。

加熱爐鼓風機電機作為加熱爐輔助設備，啟動方面，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)選擇高壓直接啟動，但隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)結構的變化，成本要求的嚴格，機時產(chǎn)量的不斷增加，這樣存在著一些缺點就顯現(xiàn)出來，如啟動方式易對設備造成致命的損壞和影響，能源消耗高，不易精細控制等問題，一直困擾著鋼鐵企業(yè)。

本文對某熱軋卷板生產(chǎn)線加熱爐鼓風機的控制方式，人機交互界面等就行了優(yōu)化，效果顯著。

1 控制原理

1.1 單臺風機啟?？刂圃?/h3>

加熱爐的風機啟動分兩種情況，第一種為使用變頻啟動，另一種是工頻啟動。其具體的啟動方式如下。

變頻啟動畫面操作時，由畫面先合高壓開關，再啟動變頻器啟動電機。變頻啟動機旁操作時，由畫面先合高壓開關，再在現(xiàn)場操作箱啟動變頻器啟動電機。工頻啟動畫面操作時，由畫面直接合高壓開關啟動電機。工頻啟動機旁操作時，由現(xiàn)場合高壓開關直接啟動電機。在工頻啟動時需要和助燃風機的出口和入口閥進行連鎖啟動。在變頻啟動時，需要給變頻器運行頻率。

1.2 三臺風機啟?？刂圃?/h3>

1780三座加熱爐基本都是使用2座加熱爐進行生產(chǎn)，另一臺處于檢修狀態(tài)，這樣兩座加熱爐可以使用3臺變頻風機進行風量的給定。此種運行方式既滿足生產(chǎn)的需要，同時也是對啟動和能源優(yōu)化使用。這就需要增加變頻風機的聯(lián)動控制。三臺風機的聯(lián)動控制時，根據(jù)使用中的2座加熱爐的爐壓進行風機給風量的控制。根據(jù)現(xiàn)場風機的布置，確定主要的調節(jié)風機。

圖1 三座加熱爐的布置圖

如圖1所示：在使用1、2號爐時，1#爐1#風機和2#爐1#風機滿速運行，調節(jié)3#爐1#風機。在使用2、3號爐時，2#爐1#風機和3#爐1#風機滿速運行，調節(jié)1#爐1#風機。在使用1、3號爐時，1#爐1#風機和3#爐1#風機滿速運行，調節(jié)2#爐1#風機。經(jīng)過控制方式的優(yōu)化和調整，如果單個加熱爐生產(chǎn)，在一臺風機滿足不了生產(chǎn)要求時，可以把每個加熱爐的2#風機按初始設計時的使用運行，再根據(jù)爐內的壓力調節(jié)1#風機。如果兩個加熱爐生產(chǎn)時可以使用三臺變頻風機進行風量調節(jié)，既能滿足生產(chǎn)的要求，又能極大的節(jié)約能源。

2 操作方式

工頻控制時，需要在變頻器旁進行倒閘操作，把開關倒閘在工頻控制位置，這個操作由電氣人員完成。畫面操作時，畫面需要顯示遠程（就是電機旁的現(xiàn)場操作箱在遠程狀態(tài)），HMI中的3處兩個按鈕，操作對象為高壓開關。對風機進行啟停操作。電機旁操作時，HMI中需要顯示本地（就是電機旁的現(xiàn)場操作箱在本地狀態(tài)），在電機旁的操作箱上啟動電機按鈕。這種操作方式是原設計控制方式，啟動時需要出口、入口閥關到位，才能啟動風機。

變頻控制時，需要在變頻器旁進行倒閘操作，把開關倒閘在變頻控制位置，這個操作由電氣人員完成。HMI中的4處，合閘、分閘操作高壓開關，啟動、停止操作變頻器。畫面操作時HMI中的1和2都需要顯示為遠程（電機旁操作箱在遠程狀態(tài)，變頻器在遠程），啟動時，先在畫面進行合閘，高壓開關合閘后才能操作變頻器的啟動，再手動打開出口、入口閥的開度到最大，調節(jié)電機的頻率控制轉速，這樣就能滿足生產(chǎn)的需要。只有先對高壓開關進行合閘后才能操作變頻器，風機運行后，不能對高壓開關進行分閘操作，只有先操作停止，風機停止后才能對高壓開關進行操作。電機旁操作時，HMI中的1顯示為本地，2顯示為遠程（電機旁操作箱在本地狀態(tài)，變頻器在遠程）。此時的操作只能對變頻器進行啟動和停止操作。此時高壓開關必須在合閘狀態(tài)，否則不能進行操作。

3 硬件連接

原設計中電機電纜由高壓開關直接到電機，現(xiàn)在改成由高壓開關到變頻器的轉換開關，再由變頻器到電機。

每臺變頻器都在加熱爐MCC01送出一個380V的控制電源，位置在MCC01-2的380輸出電源柜里。

每臺變頻器有一個工頻和變頻信號，由變頻器到相應風機現(xiàn)場操作箱（現(xiàn)場的ET200站），接線在端子XT02：5（電源正），6（信號）。輸入點分別為一號爐I24.5，二號爐I32.5，三號爐I48.5，變頻啟動時為0，工頻啟動時為1。

通訊電纜采用光纖連接，由一號爐變頻風機到公輔PLC4柜，在公輔PLC4柜內增加一個光纖轉換PROFIBUS-DP網(wǎng)的OLM。每臺變頻器的光纖由OLM轉換成PROFIBUS-DP網(wǎng)以后，由MODBUS轉換成RS485連接變頻器。

按鈕側導板將快速打開（速度及行程以安全為準）。

4 編寫程序

4.1 硬件組態(tài)

由于變頻器需要和PLC4連接，PLC4是西門子S7-400控制，這就需要使用和西門子通訊的GSD文件。根據(jù)MODBUS的主從關系確定需要安裝的GSD文件，DS_MMV33.GSD為主站文件，DS_MSV33.GSD為主從站文件。此工程中的MODBUS針對變頻器來說為主站，針對DP網(wǎng)來說是從站。所以選用的GSD文件為DS_MMV33.GSD。

設置從站參數(shù)：

根據(jù)合康變頻器的通訊連接說明選用輸入36個字和輸出2個字的控制，兩個單線圈位，分別為啟動線圈和停止線圈，組態(tài)一個狀態(tài)字，一個控制字。

配置完成后，雙擊組態(tài)的從站。對PLC4和變頻器的通訊進行設置，主要設置通訊的波特率、校驗位、從站狀態(tài)檢測、等待時間。

設置地址：

主要設置從站的MODBUS站地址，從站地址可以設置為0～31中數(shù)，就是說可以組態(tài)32個從站。在此處一號爐1#助燃風機設置為29，二號爐1#助燃風機設置為30，三號爐1#助燃風機設置為31。起始地址為PLC讀取變頻器的起始地址。根據(jù)合康變頻器使用手冊上的介紹，寄存器地址由40001向上疊加。按照這個說法，根據(jù)說明PLC的起始地址對應欄，此處的地址應該設置成549，但是在實際使用中發(fā)現(xiàn)根本就不能實現(xiàn)通訊。通過仔細的分析和研究后發(fā)現(xiàn)，此處應設置成547。那么說明書中有錯誤，我們在其他的設置中發(fā)現(xiàn)，寄存器地址由40001向下相減。同樣的設置6、7、8槽的WRITE 2WORD(4XXX)和force single bit(05H command)的從站地址和起始地址。

[1]張承慧,崔納新,李珂.交流電機變頻調速及其應用[M].機械工業(yè)出版社,2008.

[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2005.

[3]徐甫榮.高壓變頻調速技術應用實踐[M].中國電力出版社,2007.