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西门子MM440变频器在高炉进料系统中的应用

来源:艾特贸易2018-04-20

简介高炉是冶金工业中的主要设备,用于高炉炼铁。在高炉炼铁生产中,进料系统是设备的重要组成部分,其可靠性直接影响到生产效率及经济效益。其中高炉料车卷扬机就是用来把炉料运

    高炉是冶金工业中的主要设备,用于高炉炼铁。在高炉炼铁生产中,进料系统是设备的重要组成部分,其可靠性直接影响到生产效率及经济效益。其中高炉料车卷扬机就是用来把炉料运送到高炉炉顶、给高炉加料的重要设备。我国的中小高炉基本上都是采用料车卷扬机作为标准上料设备。

    高炉料车卷扬机应满足下列要求:①有足够的运送能力,既上料速度能满足高炉生产的要求;②运行可靠,耐用,保证高炉连续生产;③能够实现上料自动化;④结构简单,维护方便。

    高炉料车卷扬机的工作特点是:启动速度慢,转矩大,加速平滑,停机平稳、准确。

    下面采用西门子MM440变频器对该系统电气部分改造。

    1.原系统概述

    1台卷扬机拖动2台料车,料车位于轨道斜面上,互为上行、下行,即其中一台料车载料上行,另一台为空车下行,运行过程中电动机始终处于负载状态。

    原系统的电气部分是由一台655kW绕线转子电动机拖动,转子回路靠切换电阻实现速度调整,通过主令控制器(与电动机同轴连接)采集料车的位置,控制电阻的投入切除,同时控制机械抱闸的开闭。

    由于该调速方式为转子串电阻调速,即采用绕线转子异步电动机,通过集电环和电刷在转子回路中串入若干段电阻,由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。这种调速的缺点是:能耗高,低速机械特性软,因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现的,并且转速越低,机械特性越软,消耗在电阻中能量比例越大,极不经济;电网电压的高低对速度影响很大;电阻容易烧毁,加上卷扬机钢丝绳松紧程度不一致,有时出现料车“挂顶”事故,将会严重影响生产。

    2.改造后的系统构成

    电气部分改造过程:在不改变原来工人操作习惯的前提下,增加一台S7 CPU224PLC,保留原来电动机,将其转子集电环短接,拆除调速电阻,保留原来主令控制器,在轨道斜面安装两个行程开关,作为料车位置的极限保护。

    改造后的系统构成框图如图4-22所示。

    改造后的系统工作原理:操作工发出料车1上行指令,选通变频器的固定频率50Hz,变频器由0Hz开始提速,开启抱闸,直到全速运行;随着电动机的转动,主令控制器的K1闭合至PLC,由PLC发出中速指令,选通变频器的固定频率20Hz,电动机以中速运行;当主令控制器的K2闭合时,选通变频器的固定频率6Hz,电动机以低速运行;当主令控制器的K3闭合时,说明料车已经达到终点,变频器封锁输出,同时、关闭机械抱闸,料车1送料完毕。料车2重复如上过程。

    速度曲线:以料车1上行为例,其速度曲线如图4-23所示。

改造后的系统构成框图

    4-22    改造后的系统构成框图

料车1上行速度曲线

    4-23    料车1上行速度曲线

    变频器相关参数设置表见表4-2

    4-2    变频器相关参数设置表

    参数号

    设定值

    说   

    P0003

    3

    用户访问所有参数

    P1300

    20

  无测速机的矢量控制方式

    P0701

    1

    DIN1选择正转

    P0702

    2

    DIN2选择反转

    P0703

    15

    DIN3选择高速

    P0704

    16

    DIN4选择中速

    P0705

    17

    DIN5选择低速

    P0706

    3

DIN6选择OFF2封锁输出(低电平)

    P0732

    52.C

继电器2功能(驱动抱闸)

    P1215

    1

抱闸使能

    P1216

    0. 5s

    抱闸打开延时时间

    Pl001

    50Hz

    固定频率

    P1002

    20Hz

    固定频率

    P1003

    6Hz

    固定频率

    P1120

    10s

    加速时间

    P1121

    10s

    减速时间

    P1130

    1s

    加速起始段圆弧时间

    P1910

    1

    自动检测电动机参数

 

    系统的保护:在轨道斜面上位于料车终点稍后一点安装两个行程开关,作为极限保护点,以防止主令控制器失灵时的最后保护,再次防止料车“挂顶”事故的发生。对于变频器自身故障由PLC采集,当故障发生时,立即关闭机械抱闸,以防止料车下滑。

    3.改造应用过程中的问题

   (1)变频器选型。考虑到冶金系统的设计特点,电动机已经加大了余量,而且原系统电动机的实际运行电流为85A左右,故变频器同级选配55kW。由于该卷扬机拖动2台料车,变频器工作于第一象限,没有能量回馈,故不必选配制动单元和制动电阻。

   (2)在空载调试阶段。每次在料车1下行时,变频器过电压保护经测量输入端电压为390V,从理论上分析,此种故障不应该出现,但是过电压就是由于电动机的再生能量造成的,而且故障始终出现在料车1下行时,仔细检查2台料车发现,料车2的配重已经丢失,经重新调整2台料车的配重之后,变频器正常。

   (3)加速曲线的调整。变频器从0Hz开始加速,通过斜坡时间至全速,已经实现了对电动机的软启动,考虑到卷扬机钢丝绳的伸缩以及减速机的齿隙影响,在加速开始加入圆弧曲线,从而进一步减小对机械部分的冲击。

   (4)制动器的配合。当变频器收到正转(或反转)指令后,经过0.5s延时后,打开抱闸,料车上行,随着低段速的选通,电动机处于爬行状态,当PLC检测到终点信号时,发出停机命令,变频器封锁输出执行OFF2停止,同时关闭抱闸。此种抱闸方式,既可防止变频器过电流,又可防止料车下滑。

    4.技术性能及特点

    改造后的料车卷扬机,启动平稳,转矩大,加减速平滑,停机位置准确,重车、空车停机位置基本一致。与改造前相比,料车在运行中节电40%左右,并且能在电网电压较低时正常启动,运行平稳。采用西门子MM440变频器的料车“挂顶”、“落道”故障也从未发生过,提高了生产效率,降低了设备维护、运行费用,可靠性高,控制方便,而且料车卷扬机钢丝绳的使用寿命也明显延长。

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