MM430变频器在窑尾喂料系统中的应用

摘要： 介绍了西门子MicroMaster430 变频器在水泥回转窑窑尾喂料系统中的应用，利用冲板流量计、流量积算仪与MM430 变频器的内置PID、BiCo 实现了在来料不稳定的情况下仍能给回转窑提供稳定的入窑料流量。
关键词：MM430 变频器； 水泥旋窑窑尾喂料系统； 冲板流量计；

（ 1, Fangdoushan Cement Co．, Ltd．, Chongqing, 409103,2． Chongqing Shizhu Safe Production Management Bureau,Chongqing, 409100 ）
Abstract: The application of frequency converter MicroMaster430 on kiln feed system is introduced in this paper． Stable feed flow is realized by using impact flow meter, flow integrating instrument and integral PID、BiCo of frequency converter MM430．
Key words: MM430 frequency converter; Kiln feed system;Impact flow meter; PID; BiCo
1 引言
方斗山水泥有限公司Φ3m×50m四级旋风预热带窑外分解窑2003年4月改造以来， 窑尾使用电磁调速电动机和冲板流量计手动调节入窑料流量，工艺流程如图1 所示。

来自生粉仓和电收尘的混合物料经斗式提升机提升到稳流仓（29T），调节双管螺旋喂料机（LE250×2000mm 4.1～41m2 ／h） 的转速就可调节稳流仓的下料量，物料经双管螺旋喂料机后进入冲板流量计对物料计量，然后经气力提升泵提升至窑外分解炉2级筒。操作人员根据冲板流量计—流量积算仪显示的料流量手动调节电磁调速电动机的转速，以给定入窑料流量，当料流量发生波动时，操作人员必须手动调节电磁调速电动机的转速，以稳定入窑料流量。使用过程中发现在窑尾风压变化、物料湿度变化、电收尘器振打过后或生粉仓来料不均的情况下，通过双管螺旋喂料机的料流量均会频繁波动，且幅度很大，经常冒料失控，操作人员需频繁调节电磁调速电动机转速，且难以稳定入窑料流量，这给后级煅烧带来很大的不便，质量难以控制，且电磁调速电动机在恶劣环境下故障频繁，决定对其改造。
2 系统结构
利用闲置的一台西门子MicroMaster430 37kW 变频器来调节双管螺旋喂料机驱动电动机的转速，用一台Y 系列15kW 4 极三相异步电动机更换掉以前的电磁调速电动机。MM430 为通用变频器，内置PID功能简化了系统结构，FCC（磁通电流限制）改善了动态响应和电动机的控制特性，BiCo （二进制互联连接） 技术为应用设计带来了极大的灵活性。控制系统结构如图2 所示。
当在手动方式下运行时，给定信号为转速信号， 开环控制电动机转速； 当在自动方式下运行时， 给定信号为料流量信号，MM430 变频器、螺旋喂料机、冲板流量计、流量积算仪组成PID 闭环控制系统。冲板流量计输出的正比于料流量的频率信号，经流量积算仪标定（兼有显示料流量，累积料流量的功能）输出正比于料流量的1～5V 电压信号， 经隔离后反馈到MM430 变频器完成闭环控制。这是一个典型的PID 闭环控制系统，在此主要讲述变频器功能的实现。
3 变频器控制
如图3 所示，由电位器W1 提供给定电压信号进入模入通道AN1，电压表V1 指示给定电压， 电压表表盘标定为料流量0～80t ／ h 和转速（输出频率）0～50Hz 两条刻度， 以方便操作。SA1 待机／运行旋钮使用数字输入通道DI1 用于变频器的启动停机，当断开时变频器处于待机状态停止输出， 冷却风扇停机以延长使用寿命， 指示灯HG1 和HG2 同时点亮以指示变频器当前工作状态。SA2 自动／手动旋钮使用数字输入通道DI3用于系统运行方式的选择，由于大部分时间在自动方式工作，所以设置断开为自动方式。FR 为电动机热继电器常闭触点，使用数字输入通道DI4，MM430 变频器内部有较为完善的基于电动机数学模型的电子式热过载继电器，但它需要在现场检测正确的电动机参数， 有时感觉多有不便，所以使用外部热继电器为后备保护。反馈信号使用模入通道AN2，使用信号隔离器防止变频器干扰进入流量积算仪。模出通道AO1 设置为变频器输出频率指示， 模出通道AO2 设置为变频器输出电流指示。数字输出DO1 用于HR1 变频器故障或报警指示； 数字输出DO2 用于当变频器输出频率低于5Hz 超过5s 指示， 系统正常运行时输出频率一般在8Hz～45Hz， 当指示灯HG1 点亮时表明料流量波动较大可能冒料，电动机转速过低不宜长时间运行； 数字输出DO3用于变频器输出频率达到50Hz指示， 当指示灯HG2 点亮时表明可能缺料。指示灯使用24V 供电以增强系统的可靠性。

如图4 所示， 当自动／手动旋钮置于自动方式时，r0722．2 为逻辑0，通过NOT2 反相为逻辑1 把单刀双掷逻辑开关接通PID 通道，变频器在PID 闭环控制下运行，模入通道AN1此时为料流量给定。当自动／手动旋钮置于手动方式时，单刀双掷逻辑开关接通主设定通道，变频器在开环控制下运行， 模入通道AN1 此时为转速给定。
MM430 变频器故障与报警信号为两个不同的位， 分别为r0052．3 与r0052．7，两个位通过内部逻辑或OR1驱动数字输出DO1。驱动装置准备位r0052．0 与变频器的实际频率f-act＜＝p2155 （f －1）（p2155f －1 设为5Hz）位r0053．5 通过内部逻辑或OR2 驱动数字输出DO2。驱动装置准备位r0052．0 与已达最大频率位r0052．A通过内部逻辑或OR3 驱动数字输出DO3。数字输出的3 个逻辑较简单，在此未给出逻辑图。其他的一些参数设置如ADC 标定、DAC 标定、电动机参数自动监测、保护参数的设置在其他变频器中也较常用， 在此不再赘述。
4 调试中遇到的问题
（1）干扰。调试中发现当变频器有输出时， 流量积算仪受到严重干扰，频繁死机重启。由于在生产线建设时窑尾到窑头中控室的仪表通讯回路、冲板流量计—流量积算仪回路和强电回路在一个走线架上敷设，变频器安装在窑头中控室到窑尾电动机的电缆也在此走线架上敷设，且长达80m，冲板流量计—流量积算仪之间为脉冲信号，频率正好和变频器的载频接近，干扰由此产生。按变频器手册的要求，电动机机壳与变频器可靠联接且接地， 采用四芯电缆接线，干扰信号通过地线回到变频器，有效地解决了对流量积算仪的干扰。其他回路都为4～20mA 电流环或强电开关量抗干扰能力较强，未产生干扰。
（2）两个模出通道设置为电压输出，按变频器手册说明，需在端子上并联一个500Ω 电阻进行电流／电压转换，但在调试时发现，由于输出电压表V1V2 的内阻关系模出通道满偏并不能在500Ω 电阻上取得10V电压， 所以电阻增加到520Ω 结合变频器内部对两个模出通道标定使输出电压达到10V。
（3）变频器上电时跳F0080 ADC输入信号丢失故障代码，按复位键后正常。查输入信号正常且一直存在（因流量积算仪和隔离器为不间断供电）， 变频器P0762 信号丢失的延迟时间缺省值为10mS，调为1000mS 解决上电跳F0080 故障代码。
（4）PID 参数的选择。经过调试选择P＝0．4,I＝9S,D＝3S 在冒料后可以得到快速的响应，同时不至于产生振荡。当冒料发生时，变频器可以快速地降低到0，防止料流量过大，但物料仍会通过双管螺旋喂料机达数T，双管螺旋喂料机无法有效锁料的问题仍给后级设备带来压力，所以准备在双管螺旋喂料机与稳流仓之间加一级叶轮给料机，形成双闭环，以达到入窑物料恒流量控制。
（5）变频器计算的电动机温度不准确。变频器使用电动机参数自动计算功能，p0335 电动机的冷却使用缺省值0（自冷：采用安装在电动机轴上的风机进行冷却）， 运行中自动计算的电动机温度远高于实际电动机温度，频繁跳闸。p0335 电动机的冷却改为值2（自冷和内置冷却风机），自动计算的电动机温度与实际电动机温度相符。
5 结束语
MM430 的内置PID 和Bico 能够实现简单反馈和逻辑控制，避免在简单任务中使用PLC 或复杂的继电控制，从而给设计人员带来极大的灵活性，降低了系统的成本。本文所述的系统在变频器单机的情况下实现了友好的操作界面和控制功能，有效地降低了操作人员的劳动强度，减少了冒料的次数，非冒料的情况下能够稳定在目标值±2T 的范围内，即使冒料后也能够快速作出反应，不超过目标值±10T 10S，避免入窑料流量过度失控，有效地降低了入窑物料的波动范围。
参考文献：
[1]SIEMENS MICROMASTER 430 通用型变频器使用大全电子版，2003，12

编辑：黄令军