艾默生变频器在水泥厂窑尾料浆喂料中应用
一、引言 在湿法水泥窑煅烧过程中，窑尾料浆的喂料控制是至关重要的一环，它直接关系到水泥熟料的产量和质量。传统的喂料控制方式有两
（1）勺式喂料：单位勺的容积一定，通过调节直流电机转速来控制喂料量，这是老湿法窖普遍喂料方式，计量较准，但控制较复杂；
（2）采用阀门调节，用电磁流量计进行计量的方式，这是近几年发展起来的喂料方式，控制较简便，但阀门执行器频繁动作，易出故障。以上两种方式料浆泵都是以工频恒速运行的。如图(1)所示为第二种喂料的框图（第一种把流量计和阀门换为勺式机）。 图(1) 传统料浆控制框图 点击此处查看全部新闻图片 对于料浆泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(转速)，(扬程)H∝N2，(轴功率)W∝N3。当流量减小时，如果泵的转速也随之下降，则轴功率可以降低很多，如果采用改变料浆泵的转速来调节料浆的流量，就能节约大量能量。而变频器具有良好的驱动性能，包括PID控制等先进控制算法、丰富的控制功能以及节能节电等显著特点，因此可以采用变频器来对原喂料方式进行改造。 二、系统实现 1、系统组成： 变频器：由于美国艾默生公司的变频器性价比高，选用其TD2000变频器作为控制系统的执行器； 流量计：流量计为国产的电磁流量计，输出为标准4~20mA电流信号，最大流量为60方/小时； 料浆泵：使用原来的料浆泵（150NG），密封性较好，低速运行时不漏浆。 图(2)新喂料框图 点击此处查看全部新闻图片 1、软件设计： 由于我厂使用DCS过程控制系统，这为实现喂料的手、自动控制带来了方便，手、自动切换和控制算法由DCS系统实现，变频器作为执行器，采取双闭环控制方式，如图（3），外环为流量控制环，内环为变频器频率控制环；DCS系统接受实际流量信号和变频器的频率信号。设定流量与实际流量的偏差经运算后作为变频器的频率设定信号，与变频器的实际频率信号比较，运算结果作为变频器的实际频率信号。由于料浆泵有30多米的扬程，变频器低于31HZ时抽不出浆，而到39HZ时就达到最大流量60方，所以我们限定了变频器的运行频率，调节范围为31HZ到39HZ，它和DCS系统送出的0~10V频率信号对应。 图(3)控制框图 点击此处查看全部新闻图片 然而绝大多数湿法窑都没有用DCS系统，这可以用变频器的内置PID功能，图(4)为它的控制框图，这种方式充分利用变频器的功能，外加一个手动和自动转换开关，而实现自动喂料时，把测速发电机的窑速信号(0~55V)变换成0~10V信号，经比例调节 器得到料浆喂料设定量。 图(4)控制框图 点击此处查看全部新闻图片 喂料分手动和自动两种调节方式，手动调节由窑头操作工拫据窑况来设定喂料量；当窑况平稳正常时，喂料量跟踪窑速,由窑速快慢自动调节喂料量的多少。 三、控制电路图 流量设定信号为0~10V，接变频器VCI—GND端子；流量反馈信号为4~20mA(跳线CN10跳在I侧)，接变频器CCI—GND端子，变频器采用端子FWD—COM控制启/停。变频器的频率信号由FM－GND端子输出，如图(5)所示： 图(5) 电路图 点击此处查看全部新闻图片 四、变频器参数设置 (1)电机参数，根据电机铬牌： F146=1 (电机参数功能块显示) F148=38 (电机额定电压) F149=115 (电机额定电流) F150=1440 (电机额定转速) F151=75 (电机额定功率) (2)控制状态模式参数： F00=2 ((选择模拟端子给定(VCI—GND) F02=1 (控制端子FWD—COM启停) F19=25 (加速时间) F10=40 (减速时间) F13=0 (最小模拟输入量) F14=30 (最小模拟输入量对应频率) F15=10 (最大模拟输入量) F16=35 (最大模拟输入量对应频率) (3)闭环控制回路参数：使用变频器内置PID控制时设置。 F100=1 (选择模拟反馈闭环控制系统) F101=1 ((选择VCI模拟电压给定(0~10V) F103=2 ((选择反馈通道电CCI提供电流输入(0~20mA)(CN10跳在I侧) F104=2 (反馈偏置量) F106=125 (反馈通道增益) F111=0.5 (比例系数) F112=0.05 (积分时间) 五、调试方法
(1) 首先使系统开环运行，检测流量信号是否正确，并标定流量，使流量与流量计输出信号4~20mA对应，流量计最大流量60m3/h。
(2) 设置好变频器相关参数。
(3) 增加F111的值，直到系统开始振荡，则取F111=F111振荡×0.3。
(4) 增加F112积分系数值，直到系统开始振荡，则取F112=F112×0.5。 六、效果分析 本系统经改造投入运行后，工作稳定可靠，操作方便，取得了显著的经济效益。采用变频控制，料浆泵启/停时无冲击电流，正常运行时相对运行转速较低，使机械损耗减小，浆泵叶轮磨损明显减小，检修周期加长，可以不备用料浆泵，机械效率得到提高。本系统另一重要特点是能够节约大量电能：改造前料浆泵恒速运行，电流平均为110A，改造后喂相同的料浆，电流降为55A，节约功率37.5KW（浆泵为75KW）。如果以0.4元/度电来计算，则1个月可节约电费：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可节约电费10万元，而料浆泵和流量计共计投入才4万，不到半年就可收回成本，而且在新线的土建施工时，由于浆直接抽进窑而少了平衡仓，还可以减少土建高度，费用也相应减少。 七、结束语 在喂料系统中应用变频调速技术，实现了浆泵的速度由实际喂浆量的多少来进行自动调节，比浆泵在额定转速下运行节约大量电能，并且可实现喂料自动化，是提高机械效率和减少能耗的有效方法。特别是美国艾默生变频器作为控制系统的执行器，稳定性好，控制精度高，其变频器产品在我厂大量使用，其中75KW以上的变频器就有五六十台，均收到了良好的节能效果。
（1）勺式喂料：单位勺的容积一定，通过调节直流电机转速来控制喂料量，这是老湿法窖普遍喂料方式，计量较准，但控制较复杂；
（2）采用阀门调节，用电磁流量计进行计量的方式，这是近几年发展起来的喂料方式，控制较简便，但阀门执行器频繁动作，易出故障。以上两种方式料浆泵都是以工频恒速运行的。如图(1)所示为第二种喂料的框图（第一种把流量计和阀门换为勺式机）。 图(1) 传统料浆控制框图 点击此处查看全部新闻图片 对于料浆泵，具有以下特性：其(流量)Q∝N(转速)，(扬程)H∝N2，(轴功率)W∝N3。当流量减小时，如果泵的转速也随之下降，则轴功率可以降低很多，如果采用改变料浆泵的转速来调节料浆的流量，就能节约大量能量。而变频器具有良好的驱动性能，包括PID控制等先进控制算法、丰富的控制功能以及节能节电等显著特点，因此可以采用变频器来对原喂料方式进行改造。 二、系统实现 1、系统组成： 变频器：由于美国艾默生公司的变频器性价比高，选用其TD2000变频器作为控制系统的执行器； 流量计：流量计为国产的电磁流量计，输出为标准4~20mA电流信号，最大流量为60方/小时； 料浆泵：使用原来的料浆泵（150NG），密封性较好，低速运行时不漏浆。 图(2)新喂料框图 点击此处查看全部新闻图片 1、软件设计： 由于我厂使用DCS过程控制系统，这为实现喂料的手、自动控制带来了方便，手、自动切换和控制算法由DCS系统实现，变频器作为执行器，采取双闭环控制方式，如图（3），外环为流量控制环，内环为变频器频率控制环；DCS系统接受实际流量信号和变频器的频率信号。设定流量与实际流量的偏差经运算后作为变频器的频率设定信号，与变频器的实际频率信号比较，运算结果作为变频器的实际频率信号。由于料浆泵有30多米的扬程，变频器低于31HZ时抽不出浆，而到39HZ时就达到最大流量60方，所以我们限定了变频器的运行频率，调节范围为31HZ到39HZ，它和DCS系统送出的0~10V频率信号对应。 图(3)控制框图 点击此处查看全部新闻图片 然而绝大多数湿法窑都没有用DCS系统，这可以用变频器的内置PID功能，图(4)为它的控制框图，这种方式充分利用变频器的功能，外加一个手动和自动转换开关，而实现自动喂料时，把测速发电机的窑速信号(0~55V)变换成0~10V信号，经比例调节 器得到料浆喂料设定量。 图(4)控制框图 点击此处查看全部新闻图片 喂料分手动和自动两种调节方式，手动调节由窑头操作工拫据窑况来设定喂料量；当窑况平稳正常时，喂料量跟踪窑速,由窑速快慢自动调节喂料量的多少。 三、控制电路图 流量设定信号为0~10V，接变频器VCI—GND端子；流量反馈信号为4~20mA(跳线CN10跳在I侧)，接变频器CCI—GND端子，变频器采用端子FWD—COM控制启/停。变频器的频率信号由FM－GND端子输出，如图(5)所示： 图(5) 电路图 点击此处查看全部新闻图片 四、变频器参数设置 (1)电机参数，根据电机铬牌： F146=1 (电机参数功能块显示) F148=38 (电机额定电压) F149=115 (电机额定电流) F150=1440 (电机额定转速) F151=75 (电机额定功率) (2)控制状态模式参数： F00=2 ((选择模拟端子给定(VCI—GND) F02=1 (控制端子FWD—COM启停) F19=25 (加速时间) F10=40 (减速时间) F13=0 (最小模拟输入量) F14=30 (最小模拟输入量对应频率) F15=10 (最大模拟输入量) F16=35 (最大模拟输入量对应频率) (3)闭环控制回路参数：使用变频器内置PID控制时设置。 F100=1 (选择模拟反馈闭环控制系统) F101=1 ((选择VCI模拟电压给定(0~10V) F103=2 ((选择反馈通道电CCI提供电流输入(0~20mA)(CN10跳在I侧) F104=2 (反馈偏置量) F106=125 (反馈通道增益) F111=0.5 (比例系数) F112=0.05 (积分时间) 五、调试方法
(1) 首先使系统开环运行，检测流量信号是否正确，并标定流量，使流量与流量计输出信号4~20mA对应，流量计最大流量60m3/h。
(2) 设置好变频器相关参数。
(3) 增加F111的值，直到系统开始振荡，则取F111=F111振荡×0.3。
(4) 增加F112积分系数值，直到系统开始振荡，则取F112=F112×0.5。 六、效果分析 本系统经改造投入运行后，工作稳定可靠，操作方便，取得了显著的经济效益。采用变频控制，料浆泵启/停时无冲击电流，正常运行时相对运行转速较低，使机械损耗减小，浆泵叶轮磨损明显减小，检修周期加长，可以不备用料浆泵，机械效率得到提高。本系统另一重要特点是能够节约大量电能：改造前料浆泵恒速运行，电流平均为110A，改造后喂相同的料浆，电流降为55A，节约功率37.5KW（浆泵为75KW）。如果以0.4元/度电来计算，则1个月可节约电费：37.5×24×30×0.4=10760元， 1年至少可节约电费10万元，而料浆泵和流量计共计投入才4万，不到半年就可收回成本，而且在新线的土建施工时，由于浆直接抽进窑而少了平衡仓，还可以减少土建高度，费用也相应减少。 七、结束语 在喂料系统中应用变频调速技术，实现了浆泵的速度由实际喂浆量的多少来进行自动调节，比浆泵在额定转速下运行节约大量电能，并且可实现喂料自动化，是提高机械效率和减少能耗的有效方法。特别是美国艾默生变频器作为控制系统的执行器，稳定性好，控制精度高，其变频器产品在我厂大量使用，其中75KW以上的变频器就有五六十台，均收到了良好的节能效果。
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