混捏機變頻器國產(chǎn)化技術(shù)改造應(yīng)用

趙偉華

摘? 要：我廠350kA系列陽極混捏機變頻器使用的是ABB公司ACS600系列產(chǎn)品，2004年投入使用，已運行10年，變頻器元件老化，運行參數(shù)不穩(wěn)定。目前該系列產(chǎn)品及其備件已停止生產(chǎn)，無法采購更換，另外該變頻器屬于進口變頻器，修復(fù)價格較高，修復(fù)后使用壽命沒有保證。同時由于近些年進口備件價格昂貴，采購周期長，而國產(chǎn)變頻技術(shù)日益成熟，價格便宜，且性能達到國際水平，進口備件國產(chǎn)化已開始普及，所以對變頻器技術(shù)國產(chǎn)化應(yīng)用勢在必行。

關(guān)鍵詞：陽極? 混捏機? 變頻器? 國產(chǎn)化

Abstract： The frequency converter of 350kA series anode kneading machine in our factory uses ACS600 series products of ABB company. It was put into use in 2004 and has been in operation for ten years. The inverter components are aging and the operation parameters are unstable. At present， the production of this series of products and their spare parts has been stopped and cannot be purchased and replaced. In addition， the frequency converter belongs to the imported frequency converter， so the repair price is high， and the service life after repair is not guaranteed. At the same time， due to the high price of imported spare parts and long procurement cycle， and the domestic frequency conversion technology is increasingly mature， cheap， and the performance has reached the international level， the localization of imported spare parts has begun to popularize， so the application of domestic inverter technology is imperative.

Key Words： Anode; Kneading machine; Frequency converter; Localization

1? 項目方案

1.1 項目需求

混捏機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：由電機、減速機、混捏機構(gòu)、潤滑機構(gòu)等組成?；炷髾C系統(tǒng)是將由各種物料（煅燒焦、殘極、生碎、瀝青）由電子失重稱按一定比例經(jīng)混捏機充分混合、攪拌后，進入振動成型機，完成陽極的制作過程。由于混捏機系統(tǒng)中所用ABB ACS600變頻器年久老化，故障頻發(fā)，嚴重影響車間生產(chǎn)，故通過對國內(nèi)變頻器對比，推薦選用更換英威騰GD800產(chǎn)品。

1.2 負載設(shè)備運行工況分析

1.2.1 在混捏機系統(tǒng)工作過程

以下幾個重要參數(shù)需要控制。

（1）功率：電機在單位時間內(nèi)的功率，主要用來控制混捏機內(nèi)料量大小及混捏程度。積分功率同時還是出料料門開度大小的重要控制參數(shù)。（2）積分扭矩：電機在單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)矩電流大小。主要用來保護電動機及混捏機設(shè)備。轉(zhuǎn)矩達到一定值后PLC會做出保護動作。（3）轉(zhuǎn)速：主要用來控制混捏機產(chǎn)量。速度控制精度的高低直接影響積分功率和積分扭矩。

1.2.2 對變頻器驅(qū)動要求

（1）速度控制精度高。（2）瞬時轉(zhuǎn)矩大，功率平穩(wěn)，變化率小。由于物料不穩(wěn)定，尤其是瀝青，所有當有大塊瀝青出現(xiàn)時，變頻器必須在短時間輸出大力矩將大塊瀝青與其他物料混合均勻，在輸出大轉(zhuǎn)矩同時還要求電流及功率變化較小，如果超過PLC控制系統(tǒng)限幅值，PLC系統(tǒng)會保護停機。

1.3 系統(tǒng)方案選用說明

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，提供了三種方案選擇。

1.3.1 方案一、雙變頻切換

原有變頻器進行檢測維修，主要器件完好，有維修價值進行維修，維修后作用備機使用。采用原有ABB變頻器通過切換柜實現(xiàn)與我公司GD800變頻器雙回路切換。采用4個斷路器組成切換柜，QF1與QF2為一組，為GD800變頻柜的進出線斷路器，QF3與QF4為一組，為ACS600變頻器柜的進出線斷路器。QF1與QF3互鎖，QF2與QF4互鎖。在切換柜上安裝轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過PLC邏輯控制實現(xiàn)兩臺變頻器主回路切換，同時實現(xiàn)兩臺變頻器控制回路切換。控制回路切換：把原有從AB PLC到ACS600 變頻器開關(guān)量信號，啟動、停止，調(diào)速信號及ACS600到AB PLC的準備好、運行、故障，電流反饋，速度反饋，功率反饋等信號全部接入英威騰變頻柜IVC1 PLC中，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)和斷路器一起聯(lián)動，根據(jù)斷路器切換對應(yīng)輸出信號到GD800變頻器或者ACS600變頻器。和斷路器一起實現(xiàn)一鍵切換。方案優(yōu)點：變頻故障時可快速切換到另一臺變頻器，故障變頻器再進行維修，對生產(chǎn)影響最小。方案缺點：成本高，改造工作量大，兩臺變頻器一用一備，造成資源浪費。

1.3.2 方案二、直接替換

把原來ABB ACS600變頻柜直接替換為我公司GD800產(chǎn)品，為增加產(chǎn)品可靠性，可再購買一個變頻模塊（GD800-11-315-4）備件備用，在變頻器故障時可在一個小時間之內(nèi)即可恢復(fù)生產(chǎn)。方案優(yōu)點：成本較低，施工工程量小，可靠性高。

1.3.3 方案三、原有變頻器維修

變頻器如果要進行停機檢修，可能要做以下方面檢測：ACS600 控制路板、驅(qū)動板等電路板檢測，霍爾元件，平波電波，電解電容檢查，IGBT，整流橋等元件檢測?？刂坡钒?、驅(qū)動板等電路板檢測比較耗時耗力，且查出問題后也不好進行維修。

ACS600變頻器已運行多年，變頻器器件壽命已基本到達極限，所以如果停機檢修，可能要更換東西較多，且ACS600已停產(chǎn)多年產(chǎn)品，其備件ABB已基本停止提供，有些備件可以提供其貨期及價格都比較都不能保證。因此，從安全生產(chǎn)和維護成本來講，不建議采用維修方式。

方案比較：通過方案比較，最終采用方案二。

1.4 采用GD800變頻柜特點及優(yōu)勢

模塊化單元設(shè)計，功率密度大，節(jié)省用戶空間;單元器件采用長壽命器件，增強柜體系統(tǒng)可靠性;單元產(chǎn)品冷卻風(fēng)機采用EBM離心風(fēng)機，散熱效果更加優(yōu)異;單元底部采用移動輪滑結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便用戶安裝和維護;功率單元與控制單元采用光纖通訊，提高系統(tǒng)通訊速度，有效保障系統(tǒng)可靠性;變頻器控制性能優(yōu)異，軟件功能強大，提供V/F、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量三種控制方式，可驅(qū)動同步和異步電機，同時支持V.F分離功能;變頻器支持Modbus、Profibus、CAN、Ethernet以及DeviceNet等多種通訊協(xié)議（須選配相應(yīng)通訊卡）;售后服務(wù)響應(yīng)快。

2? 施工方案

由于本項目為技術(shù)項目，替換ABB ACS600變頻器，為盡可能不影響用戶生產(chǎn)。車間利用生產(chǎn)停機檢修時間，由車間負責(zé)拆除低壓配電室補償柜一臺，并將新的變頻器控制柜、單元柜的安裝至配電室，負責(zé)完成主回路及控制回路的接線，廠家根據(jù)混捏機負載及電機情況設(shè)定變頻器參數(shù)及程序的調(diào)試，實現(xiàn)混捏機的本地控制與遠程聯(lián)動控制功能。

3? GD800產(chǎn)品特點

（1）控制性能。提供V/F、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量三種控制方式，可驅(qū)動同步和異步電機，同時支持V.F分離功能;一個控制單元可以通過光纖連接多個傳動單元，除了安全、節(jié)省成本的優(yōu)勢，可以輕松實現(xiàn)多傳動與并機應(yīng)用的靈活切換;（2）模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計，可單獨提供整流、逆變、濾波單元或整套柜機，最大功率可擴展到12MW;采用移動輪滑結(jié)構(gòu)，方便組裝與現(xiàn)場維護;標準柜機產(chǎn)品可滿足單邊維護需求，為客戶節(jié)省更多安裝及維護空間;單元接線方式上進下出，滿足客戶共母線方案使用;（3）豐富的產(chǎn)品類型。Goodrive800產(chǎn)品系列提供整流單元、逆變單元、濾波單元、標準工程傳動以及四象限工程傳動產(chǎn)品，通過標準產(chǎn)品系列可以涵蓋客戶工程應(yīng)用。所有系列產(chǎn)品傳動控制部分均使用相同的功能碼，便于客戶工程應(yīng)用過程中的應(yīng)用調(diào)試及中央集成控制。（4）高可靠性。關(guān)鍵器件采用國際知名品牌長壽命器件，從器件級別全面保障系統(tǒng)可靠性;系統(tǒng)單元之間采用光纖通訊技術(shù)，實現(xiàn)主控制板與單元控制之間的光電隔離，在滿足工程現(xiàn)場特殊的長距離傳輸需求的同時有效的保障系統(tǒng)可靠性;單元產(chǎn)品散熱采用軸流風(fēng)機方案，強化單元產(chǎn)品體積優(yōu)勢的同時提高單元產(chǎn)品散熱性能，確保單元產(chǎn)品可靠性;全系列產(chǎn)品通過CE認證，權(quán)威第三方機構(gòu)TUV信用背書，產(chǎn)品品質(zhì)更加值得您的信賴。（5）電磁兼容。標準柜機產(chǎn)品EMC性能滿足C3等級要求;柜機產(chǎn)品通過配置相應(yīng)EMC解決方案可以滿足C2等級要求;同時根據(jù)客戶應(yīng)用需求，為客戶提供全面的EMC解決方案。（6）強大的通訊功能?？蓾M足Modbus、Profibus、CAN、Ethernet以及DeviceNet等多種通訊協(xié)議要求。（7）完善的保護功能。Goodrive800提供完善的變頻保護功能，除具備豐富的過流、過壓、過溫保護等傳統(tǒng)的變頻器保護功能外，更加側(cè)重電機側(cè)的保護，可以通過電機溫度檢測端子實時檢測電機運行溫度，為電機提供有效的過溫保護;Goodrive800標配的STO（安全轉(zhuǎn)矩截止）以及SS1（安全停車1）的功能性安全方案符合最新的歐盟機械指令2006/42/EC。STO可以防止誤啟動，有效應(yīng)對特殊行業(yè)的應(yīng)用需求。

4? 結(jié)語

經(jīng)過近幾年的運行，混捏機電機各參數(shù)運行穩(wěn)定，變頻器沒有故障發(fā)生，大大提高了車間設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定性能，生陽極質(zhì)量也較以前有所提高，同時降低了廢糊、廢塊產(chǎn)出量。實踐證明混捏機變頻器國產(chǎn)化技術(shù)改造應(yīng)用項目達到了預(yù)期目標。同時對進口設(shè)備國產(chǎn)化推廣應(yīng)用起到了非常大的作用。

參考文獻

[1] 夏勁松.連續(xù)型立式紊流混捏機設(shè)計與分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2015.

[2] 何文豪.塔式起重機智能控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2019.

[3] 王明慧.連續(xù)混捏機扭矩自動控制的研究與實踐[J].甘肅冶金，2019（3）：66-68，71.

[4] 陳作炳，夏勁松，齊福祥.連續(xù)型立式紊流混捏機設(shè)計與優(yōu)化[J].計算機與數(shù)字工程，2015（8）：1523-1527.

[5] 王慶明，黨玉.混捏機維護及常見故障探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（18）：254.

[6] 王明慧.連續(xù)混捏機扭矩自動控制的研究與實踐[J].甘肅冶金，2019（12）：33-36，39.