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變頻器在石灰窯控制系統中的應用

發布時間：2013-11-07

變頻器在石灰窯控制系統中的應用在國家產業節能政策的導向下，利用高爐煤氣、焦爐煤氣等具有一定熱值的尾氣燃燒石灰，在國內獲得了廣泛應用。氣燒石灰窯系統包括煤氣加壓站系統、高低壓配電系統、輸送料倉系統、粉碎設備系統等。為解決傳統人工調節閥門對煤氣管網控制精度低、時效性差等缺陷，將變頻器應用于石灰窯煤氣加壓系統、助燃風機系統，實現風機無極調速，高效利用煤氣，節能環保，具有良好的經濟效益。

1 控制系統設計

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。化學反應式為：

CaCO3＝CaO+CO2↑(高溫)

其工藝過程為：預熱→煅燒→冷卻→卸灰。石灰石和燃料裝入石灰窯，氣體燃料通過管道燃燒器送入，預熱到100℃~850℃開始脫碳酸分解，煅燒溫度達到850 ℃~1200℃后再經過冷卻出灰溫度100℃后，卸料出窯。自動化控制是新技術石灰窯的重要特點。采用PLC 控制的電氣系統，控制系統運行可靠，故障率低，提高了生產效率。

氣燒石灰窯系統分為輸送料倉、煤氣加壓站、窯余熱、高低壓配電、粉碎設備等系統。每個子系統都具有相對獨立的運行、監控、操作等功能，并能通過PLC 和Profibu-DP 協議搭建控制系統網絡。控制系統通過Profibus DP 網絡協議，將人機界面HMI（工程師站ES/操作員站OS）、集成CP5611 DP 模塊IPC工控機、CPU S7-414、5 套遠程I/O 子站ET200、V50變頻器帶DP 專用模塊、帶DP 儀表等設備連接起來，實現自動化設備網絡一體化。中控室設置兩臺CRT操作站，HMI 采用WinCC V7.0。CRT 操作站放置在石灰車間中控室，對各系統設備運轉情況進行監控，各種信號在CRT 畫面上顯示和報警，系統組態結構如圖1 所示。

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圖1 控制系統組態結構圖

2 變頻器安裝與調試

本控制系統采用西門子V50 變頻器，項目一期1*600t 氣燒石灰窯選用三套315 kW V50 變頻器用于煤氣加壓機，兩套355 kW V50 變頻器用于助燃風機系統。

V50 屬于柜式結構，變頻柜自帶主開關、快熔、進線電抗器、出線電抗器、功率單元以及電機端子等。現場安裝只需要變頻器I/O線路接線、網絡模塊接線、電機接線三部分，為快速安裝、調試創造了良好的條件。

2.1 安裝接線

在出廠狀態下，V50 變頻柜帶有HA1-2000 萬能式斷路器，開關控制回路直接連接到V50 變頻器I/O板的第3 個Digital Output3 數字量輸出點，即23#、24#、25#端子，且23#端子常閉。系統上電時，變頻器啟動信號發出，若變頻器經常報警F0003，即變頻器輸入電壓欠壓，原因是主開關合閘速度過慢。因此直接把V50 I/O 板的DO3 號端子三根信號線拆掉，這樣不需要變頻器自身控制單元控制主開關，而是利用人工合閘分閘，符合客戶的使用習慣。

2.2 本地/遠程控制

根據生產工藝控制要求，設置兩種控制模式，即本地現場模式和遠程模式，實現變頻器的啟停和速度控制，這樣就要求控制系統可以提供兩套驅動參數。V50 參數系統提供了三套參數結構（CDS0/CDS1/CDS2 和DDS0/DDS1/DDS2)，即常見的命令參數組CDS 和驅動數據組DDS 兩大類。要實現本地和遠程參數的切換，需要一個選擇開關安裝在現場箱上。現場箱選擇開關連接到V50 I/O 的數字量輸入3#端子（DI4)與9#端子上串聯構成控制回路，參數設置P0810=722.3。并且通過DI4 端子參數P0704 **BICO 功能，靈活的定義DI4 端子，通過選擇開關模式的切換，實現本地/遠程參數的切換。

2.3 參數配置

以315 kW煤氣加壓機V50 變頻柜調試為例，分別有電機參數、控制參數兩部分。其中需要使用參數復制功能，P0809 實現命令參數組CDS1 到CDS2 的復制；P0819 實現傳動數據組DDS1 到DDS2 的復制。由于有遠程和本地模式選擇，因此兩組DDS 的參數不完全相同，變頻器參數表如表1 所示。

根據表1 的參數設置，可完成快速調試以及參數修改。在PLC 端使用軟件STEP7 V5.5 組態變頻器控制程序、PID 程序（管網有壓力開關、流量儀表等反饋信號），使用WinCC V7.0 軟件完成系統畫面設計，遠程單機調試V50 變頻器，全部測試條件滿足后，實現系統連調。

3 結論

整套設備運行半年來，V50 變頻器以其良好的穩定性和優異???控制效果，給企業帶來了明顯的經濟效益和社會效益。氣燒石灰窯是以高爐煤氣、焦爐煤氣為特點的“廢氣”循環利用，使用變頻器對煤氣加壓站電機進行無極調速，設備安裝簡單，操作方便，提高了能源利用率，具有控制精度高、自動化程度高、保護環境等特點。對中小鋼鐵企業、焦化企業、電石企業以及耐火材料工業等是非常好的節能、環保、增效的途徑

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變頻器在石灰窯控制系統中的應用