產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器主從控制在高壓輥磨機(jī)上的應(yīng)用
1 概述
山東鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱山鋼集團(tuán)）是經(jīng)山東省人民政府批準(zhǔn)，以省屬濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司、萊鋼集團(tuán)有限公司以及山東省冶金工業(yè)總公司所屬企業(yè)國(guó)有產(chǎn)權(quán)劃轉(zhuǎn)設(shè)立的國(guó)有獨(dú)資公司。山鋼集團(tuán)是以鋼鐵產(chǎn)業(yè)為主、礦業(yè)及其他非涉鋼產(chǎn)業(yè)為輔的特大型國(guó)有企業(yè)。
山鋼日照精品基地最大的環(huán)保單體項(xiàng)目——燒結(jié)球團(tuán)脫硫脫硝BOO項(xiàng)目開工，標(biāo)志著脫硫脫硝這一環(huán)保項(xiàng)目正式進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工階段。
高壓輥磨機(jī)就是球團(tuán)生產(chǎn)系統(tǒng)中礦料制球前的一道擠壓工序，是球團(tuán)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2 高壓輥磨機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理介紹
高壓輥式磨機(jī)又稱輥壓機(jī)或擠壓磨。它是20世紀(jì)60年代中期開發(fā)的一種新型節(jié)能粉碎設(shè)備，具有效率高，能耗低，磨損輕，噪聲小，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。下面將對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹。
高壓輥磨機(jī)主要由給料裝置、料位控制裝置、一對(duì)輥?zhàn)印鲃?dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、齒輪軸）、液壓系統(tǒng)、橫向防漏裝置等組成。兩個(gè)輥?zhàn)又校粋€(gè)是支撐軸承上的固定輥，另一個(gè)是活動(dòng)輥?zhàn)樱稍跈C(jī)架的內(nèi)腔中沿水平方向移動(dòng)。兩個(gè)輥?zhàn)右酝傧嘞蜣D(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)觾啥说拿芊庋b置可防止物料在高壓途徑下從輥?zhàn)訖M向間隙中排出。高壓輥磨機(jī)的工作原理如下圖所示。物料由輥壓機(jī)上部通過給料裝置（重力或預(yù)壓螺旋給料機(jī)）均勻喂入，在相向轉(zhuǎn)動(dòng)的兩輥的作用下，在拉入角處將物料拉入高壓區(qū)進(jìn)行粉碎，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高壓料層粉碎。
在高壓區(qū)上部，所有物料首先進(jìn)行類似于輥式破碎機(jī)的單顆粒粉碎。隨著兩輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，物料向下運(yùn)動(dòng)，顆粒間的空隙率減小，這種單顆粒的破碎逐漸變?yōu)閷?duì)物料層的擠壓粉碎。物料層在高壓下形成，壓力迫使物料之間相互擠壓，因而即使是很小的顆粒也要經(jīng)過這一擠壓過程。這是其粉碎比較大的主要原因。料層粉碎的前提是兩輥間必須存在一層物料，而粉碎作用的強(qiáng)弱主要取決于顆粒間的壓力。由于兩輥間隙的壓應(yīng)力高達(dá)50~300MPa（通常使用150MPa 左右），故大多數(shù)被粉碎物料通過輥隙時(shí)被壓成了料餅，其中含有大量細(xì)粉，并且顆粒中產(chǎn)生大量裂紋，這對(duì)進(jìn)一步粉磨非常有利。
在高壓輥磨機(jī)的正常工作過程中，施加于活動(dòng)輥的擠壓粉碎力是通過物料層傳遞給固定輥的，不存在球磨機(jī)中的無效撞擊和摩擦。試驗(yàn)表明，在料層粉碎條件下，利用純壓力粉碎比剪切和沖擊粉碎能耗小得多，大部分能量用于粉碎，因而能量利用率高。這是高壓輥磨機(jī)節(jié)能的主要原因。
圖2是現(xiàn)場(chǎng)的高壓輥磨機(jī)的圖片。
圖2 高壓輥磨機(jī)的圖片
3 高壓輥磨機(jī)的工藝特點(diǎn)及傳動(dòng)性能
高壓輥磨機(jī)定輪與動(dòng)輪電氣拖動(dòng)采用萬向連軸，有2臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)分別拖動(dòng)，兩臺(tái)電機(jī)的參數(shù)如下：
名稱：變頻調(diào)速三相交流異步電動(dòng)機(jī)
型號(hào)：YJKSP450-4
標(biāo)稱功率：350kW
額定電壓：10kV
額定頻率：50Hz
功率因數(shù)：0.9
額定電流：23.4A
額定轉(zhuǎn)速：1491r/min
恒轉(zhuǎn)矩范圍：5-50Hz
絕緣等級(jí)：F
生產(chǎn)廠家：湘潭電機(jī)股份有限公司
圖3 現(xiàn)場(chǎng)輥磨機(jī)圖片
兩臺(tái)電機(jī)采用變頻調(diào)速，通過改變輥磨機(jī)的運(yùn)行速度調(diào)節(jié)設(shè)備的出料速度，維持穩(wěn)定的料槽堆壓，保證輥磨機(jī)的出料質(zhì)量。高壓輥磨機(jī)液壓系統(tǒng)加載前，定輥與動(dòng)輥同時(shí)啟動(dòng)，變頻器根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)輥軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，動(dòng)輥轉(zhuǎn)速與定輥轉(zhuǎn)速同步運(yùn)行。輥軸之間無機(jī)械力矩耦合，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)、定輥兩驅(qū)動(dòng)電機(jī)的同步啟停及其速度同步和功率平衡，兩電機(jī)的控制不應(yīng)是各自獨(dú)立的，而應(yīng)是彼此相互關(guān)聯(lián)的。
4 高壓輥磨機(jī)的變頻控制方案
在實(shí)際的生產(chǎn)中，有許多因素都會(huì)干擾電機(jī)的同步控制，例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，頻率的變化、負(fù)載的變化、溫度的改變等，因此為了得到理想的同步控制效果，采用主從控制是比較好的解決方案，由變頻器組成的傳動(dòng)系統(tǒng)除了采用速度控制方式解決轉(zhuǎn)速同步問題，還要利用轉(zhuǎn)矩下垂特性實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在各個(gè)電機(jī)上的平均分配。
變頻器采用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的G62系列的高性能高壓變頻器（400kW/10kV）2套，對(duì)輥磨機(jī)進(jìn)行控制。該變頻器具有以下特點(diǎn)：
? 安裝、設(shè)定、調(diào)試簡(jiǎn)便；
? 空間電壓矢量控制技術(shù)；
? 瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能；
? 載波移相控制技術(shù)；
? “飛車啟動(dòng)”技術(shù)；
? 中性點(diǎn)漂移技術(shù)；
? 內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器；
? 自帶冷卻風(fēng)機(jī)；
? 優(yōu)異的性能/價(jià)格比；
? 控制電源掉電，可保持正常運(yùn)行；
? 完善的變頻器參數(shù)設(shè)定功能；
? 功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好；
? 簡(jiǎn)體中文操作界面，彩色液晶觸摸屏操作；
? 內(nèi)置PLC接口板，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要；
? 高壓主回路與控制器光纖通訊，抗干擾性強(qiáng)，安全可靠；
? 完善的故障監(jiān)測(cè)、精確的故障保護(hù)及準(zhǔn)確的定位顯示和報(bào)警；
? 輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置；
? 高-高電壓源型變頻器，直接10kV輸入，直接10kV輸出，不需要輸出變壓器或?yàn)V波器；
? 可接收和輸出多路4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；以便于用戶DCS系統(tǒng)接口；
? 可采用MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊；
? 輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，對(duì)電纜、電機(jī)絕緣無損害，電機(jī)諧波少，減少軸承、葉片的機(jī)械振動(dòng)。
現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)變頻器接一臺(tái)電機(jī)，而控制采用皮帶機(jī)控制的主從控制程序，控制兩臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行。如圖4所示。
圖4兩臺(tái)電機(jī)的主回路
圖5主從控制的光纖接法
為了提高皮帶機(jī)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和兼容性，皮帶機(jī)主從通訊升級(jí)為光纖通訊和485通訊，皮帶機(jī)主從控制通訊485硬連線通訊方式和光纖通訊方式可通過參數(shù)設(shè)置選擇，這里是采用光纖通訊。
5 高壓輥磨機(jī)的運(yùn)行調(diào)試
調(diào)試時(shí)主要是按主從控制的皮帶機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)對(duì)接調(diào)試完畢后，進(jìn)行皮帶機(jī)主從控制調(diào)試。
（1）模擬調(diào)試，可以將允許電流滯環(huán)額定電流設(shè)置為10%，主機(jī)開機(jī)運(yùn)行，主從機(jī)不調(diào)整，觀察輸出頻率的一致性及主從機(jī)之間的通訊狀態(tài)。
（2）開機(jī)上高壓調(diào)試，先按普通電機(jī)負(fù)載調(diào)試，試驗(yàn)每臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。兩臺(tái)電機(jī)是同速反向的，因此必須按系統(tǒng)所標(biāo)識(shí)的轉(zhuǎn)向調(diào)試好電機(jī)的正確轉(zhuǎn)向，聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)才能保證正常的運(yùn)行。
兩機(jī)轉(zhuǎn)向調(diào)試正常后，再設(shè)為皮帶機(jī)負(fù)載模式，調(diào)試正常的運(yùn)行。
（3）主機(jī)開機(jī)運(yùn)行，時(shí)刻觀察開機(jī)運(yùn)行輸出的電流和頻率，如果允許電流滯環(huán)額定電流設(shè)置為10%，主從機(jī)頻率是一致的，不調(diào)整，電流基本一致，有一定偏差。如果允許電流滯環(huán)額定電流設(shè)置為5%，輸出電流基本一致，頻率會(huì)有一定的調(diào)整偏差。
其中關(guān)鍵的是兩個(gè)參數(shù)，
a、允許電流滯環(huán).x(0.1%-10.0%)額定電流
不同軸連接的變頻器，若需要頻率調(diào)節(jié)則設(shè)為5.0%，若不需要頻率調(diào)節(jié)則設(shè)為10.0%。
b、頻率調(diào)整周期.xx(0.001-5.000s)
從機(jī)頻率給定由主機(jī)確定
不同軸連接的變頻器，若需要頻率調(diào)節(jié)則設(shè)為0.012s，若不需要頻率調(diào)節(jié)則設(shè)為5.000s。
這兩個(gè)參數(shù)主要是決定兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功率的平衡。當(dāng)從機(jī)出現(xiàn)部分卸載情況時(shí)，通過主機(jī)的調(diào)整，給定轉(zhuǎn)速略有升高，輸出功率變化不大，此時(shí)主機(jī)承受的負(fù)載增加，內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增加，實(shí)際給定轉(zhuǎn)速減小，主機(jī)承受負(fù)載減少，內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，實(shí)際給定轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高，這樣主機(jī)在一定程度上就可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率的平均分配。
6 應(yīng)用效果
高壓輥磨機(jī)運(yùn)行后，兩臺(tái)電機(jī)頻率一致，主機(jī)有DCS上位機(jī)控制，從機(jī)跟隨主機(jī)頻率，保證了兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平衡，同時(shí)電機(jī)電流基本一致，只差1A電流，功率基本平衡，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)電機(jī)負(fù)載的均衡，從而運(yùn)行平穩(wěn)，工作正常，達(dá)到了預(yù)期的使用效果。圖6、圖7是主從機(jī)運(yùn)行的運(yùn)行畫面。
圖6主機(jī)運(yùn)行畫面
圖7從機(jī)運(yùn)行畫面
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