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变频器在石灰窑控制系统中的应用
发布时间：2013-11-07
变频器在石灰窑控制系统中的应用在国家产业节能政策的导向下，利用高炉煤气、焦炉煤气等具有一定热值的尾气燃烧石灰，在国内获得了广泛应用。气烧石灰窑系统包括煤气加压站系统、高低压配电系统、输送料仓系统、粉碎设备系统等。为解决传统人工调节阀门对煤气管网控制精度低、时效性差等缺陷，将变频器应用于石灰窑煤气加压系统、助燃风机系统，实现风机无极调速，高效利用煤气，节能环保，具有良好的经济效益。

1 控制系统设计

气烧石灰窑的作用是烧制石灰。由于石灰石主要成分是碳酸钙，而石灰成分主要是氧化钙，故烧制石灰就是借助高温，把石灰石中的碳酸钙分解成氧化钙和二氧化碳的生石灰。化学反应式为：

CaCO3＝CaO+CO2↑(高温)

其工艺过程为：预热→煅烧→冷却→卸灰。石灰石和燃料装入石灰窑，气体燃料通过管道燃烧器送入，预热到100℃~850℃开始脱碳酸分解，煅烧温度达到850 ℃~1200℃后再经过冷却出灰温度100℃后，卸料出窑。自动化控制是新技术石灰窑的重要特点。采用PLC 控制的电气系统，控制系统运行可靠，故障率低，提高了生产效率。

气烧石灰窑系统分为输送料仓、煤气加压站、窑余热、高低压配电、粉碎设备等系统。每个子系统都具有相对独立的运行、监控、操作等功能，并能通过PLC 和Profibu-DP 协议搭建控制系统网络。控制系统通过Profibus DP 网络协议，将人机界面HMI（工程师站ES/操作员站OS）、集成CP5611 DP 模块IPC工控机、CPU S7-414、5 套远程I/O 子站ET200、V50变频器带DP 专用模块、带DP 仪表等设备连接起来，实现自动化设备网络一体化。中控室设置两台CRT操作站，HMI 采用WinCC V7.0。CRT 操作站放置在石灰车间中控室，对各系统设备运转情况进行监控，各种信号在CRT 画面上显示和报警，系统组态结构如图1 所示。

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图1 控制系统组态结构图

2 变频器安装与调试


本控制系统采用西门子V50 变频器，项目一期1*600t 气烧石灰窑选用三套315 kW V50 变频器用于煤气加压机，两套355 kW V50 变频器用于助燃风机系统。

V50 属于柜式结构，变频柜自带主开关、快熔、进线电抗器、出线电抗器、功率单元以及电机端子等。现场安装只需要变频器I/O线路接线、网络模块接线、电机接线三部分，为快速安装、调试创造了良好的条件。

2.1 安装接线

在出厂状态下，V50 变频柜带有HA1-2000 万能式断路器，开关控制回路直接连接到V50 变频器I/O板的第3 个Digital Output3 数字量输出点，即23#、24#、25#端子，且23#端子常闭。系统上电时，变频器启动信号发出，若变频器经常报警F0003，即变频器输入电压欠压，原因是主开关合闸速度过慢。因此直接把V50 I/O 板的DO3 号端子三根信号线拆掉，这样不需要变频器自身控制单元控制主开关，而是利用人工合闸分闸，符合客户的使用习惯。

2.2 本地/远程控制

根据生产工艺控制要求，设置两种控制模式，即本地现场模式和远程模式，实现变频器的启停和速度控制，这样就要求控制系统可以提供两套驱动参数。V50 参数系统提供了三套参数结构（CDS0/CDS1/CDS2 和DDS0/DDS1/DDS2)，即常见的命令参数组CDS 和驱动数据组DDS 两大类。要实现本地和远程参数的切换，需要一个选择开关安装在现场箱上。现场箱选择开关连接到V50 I/O 的数字量输入3#端子（DI4)与9#端子上串联构成控制回路，参数设置P0810=722.3。并且通过DI4 端子参数P0704 **BICO 功能，灵活的定义DI4 端子，通过选择开关模式的切换，实现本地/远程参数的切换。

2.3 参数配置

以315 kW煤气加压机V50 变频柜调试为例，分别有电机参数、控制参数两部分。其中需要使用参数复制功能，P0809 实现命令参数组CDS1 到CDS2 的复制；P0819 实现传动数据组DDS1 到DDS2 的复制。由于有远程和本地模式选择，因此两组DDS 的参数不完全相同，变频器参数表如表1 所示。

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根据表1 的参数设置，可完成快速调试以及参数修改。在PLC 端使用软件STEP7 V5.5 组态变频器控制程序、PID 程序（管网有压力开关、流量仪表等反馈信号），使用WinCC V7.0 软件完成系统画面设计，远程单机调试V50 变频器，全部测试条件满足后，实现系统连调。

3 结论

整套设备运行半年来，V50 变频器以其良好的稳定性和优异���控制效果，给企业带来了明显的经济效益和社会效益。气烧石灰窑是以高炉煤气、焦炉煤气为特点的“废气”循环利用，使用变频器对煤气加压站电机进行无极调速，设备安装简单，操作方便，提高了能源利用率，具有控制精度高、自动化程度高、保护环境等特点。对中小钢铁企业、焦化企业、电石企业以及耐火材料工业等是非常好的节能、环保、增效的途径
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