破碎機變頻調速PLC控制系統(tǒng)

破碎機變頻調速PLC控制系統(tǒng)摘要：設計了適用于水泥熟料契約碎機的帶有能量回饋裝置的變頻調速PLC控制系統(tǒng)，利用能量回饋技術克服了制動過程中破碎機在慣性引起的泵升電壓，利用PLC完成各種邏輯控制，實現(xiàn)了破碎機的低速、間歇運行。關鍵詞：變頻調速 能量回饋 PLC破碎機1弓|言變頻調速技術在我國水泥行業(yè)的應用日趨廣泛。在生產(chǎn)工藝需要調速的許多環(huán)節(jié)，如回轉窯、單冷機、喂料機、配料系統(tǒng)、風機、水泵等，以交流變頻調速取代調壓調速、滑差調速以及直流調速己成為一種必然趨勢。在水泥粉磨工藝中，環(huán)磨機入磨物料粒度的大小，對其臺時產(chǎn)量影響較大，預破碎工藝作為提高磨機臺時產(chǎn)量、降低粉磨電耗的重要途徑，引起了許多水泥企業(yè)的重視。水泥生產(chǎn)工藝決定了水泥立窯放料每次持續(xù)2?3分鐘，但幾乎所有水泥企業(yè)中破碎機處于工頻恒速運行狀態(tài)，24小時連續(xù)運轉，造成電能的巨大浪費，并影響電機和破碎機的使用壽命。另一方面，由于破碎機具有相當大的慣性，不易頻繁啟停，所以即使使用變頻器也難以解決系統(tǒng)制動時產(chǎn)生的泵升電壓引起保護電路動作，使系統(tǒng)無法正常工作的問題。針對系統(tǒng)的以上特點，本文設計了破碎機變頻拖動PLC控制系統(tǒng)，利用變頻器實現(xiàn)破碎機的變頻調速和軟啟動，利用再生能量回饋單元克服破碎機制動過程中產(chǎn)生的過高的泵升電壓，利用PLC實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯閉環(huán)控制，使破碎機的工作與立窯放料同步，實現(xiàn)間歇運行，從而在改善工藝控制質量的同時，最大限度地節(jié)約了電能，降低了生產(chǎn)成本。現(xiàn)場調試和運行結果表明，系統(tǒng)運行可靠，節(jié)電率可達60%以上。2粉磨工藝流程細粉入庫2粉磨工藝流程細粉入庫成品從旋風式選立窯每放料一次，成品從旋風式選立窯每放料一次，圖1水泥粉磨工藝流程圖篩下的細料則入水泥磨。圖1水泥粉磨工藝流程圖粉機細粉出口入成品庫。由窯口處的遠紅外測料儀檢測到放料信號后，啟動鏈式輸送機輸送物料，每次持續(xù)2?3分鐘，然后間隔2?3分鐘，開始下一次放料和產(chǎn)料。改造前熟料破碎機由工頻電源直接供電，在立窯不放料時，則處于空轉狀態(tài)（空轉率達50%），浪

費大量能源。再者，由于破碎機運行速度過高，即使在放料時，也存在嚴重能源浪費。因而對其進行變頻改造能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。3系統(tǒng)硬件設計及工作原理本系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器PLC、能量回饋裝置和遠紅外測料儀組成?，F(xiàn)分別介紹如下：變頻器。水泥熟料破碎機屬于大慣性、近似的恒轉矩負載，對變頻系統(tǒng)有特殊要求。保留原交流電機，選用FRN37G9S-4CE型恒轉矩負載專用通用變頻器，它具有轉矩矢量控制、轉差補償、電壓AVR自整定以及負載轉矩自適應等一系列先進功能，在無速度傳感器的開環(huán)運行條件下，采用磁通矢量控制和電機參數(shù)自動測試等功能后，其調速性能達到甚至高于直流調速系統(tǒng)性能。變頻器接線原理如圖2所示，所有動作都由PLC控制。J10為能量回饋單元內部繼電器，當能量回饋單元出現(xiàn)故障時，J10斷開，使主頻器THR端子OFF，可瞬間封鎖U，V，W輸出，經(jīng)PLC(J5=on)產(chǎn)生系統(tǒng)故障連鎖和報警。圖2變頻器接線圖可編程控制器PLC?？删幊蘌LC因其性能可靠、操作方便、程序修改簡單及適應惡劣工作環(huán)境等特點而深受水泥行業(yè)科技人員和維護人員的青睞。本系統(tǒng)選用富士公司的FLEX-PCNB0-P14型PLC，完成系統(tǒng)的邏輯控制及手動/自動、工頻/變頻轉換和故障知切換等功能，控制靈活方便。圖3是其輸入輸出外部接線圖。當遠紅外測料儀檢測到窯口出料信號，繼電器J4吸合，經(jīng)PLC延時30s后輸出Y10=on，啟動變頻器開始運行，破碎機開始工作。根據(jù)現(xiàn)場工況的需要，將變頻運行給定頻設為43Hz。當立窯放料完畢，繼電器J4失電，PLC延時30s后輸出Y10=Off，變頻器按設定的制動時間減速停車。當遇到設備故障或特殊情況需要停車時，可按下停止按鈕TA1，PLC輸出Y11=off，此時破碎機運行于自由停車狀態(tài)，并在減速到零后，輸出Y12=off，斷開變頻器。圖2變頻器接線圖態(tài)是連續(xù)恒頻運行還是根據(jù)水泥窯送料信號斷續(xù)調頻工作。當K5置于“手動運行”位置，PC忽的工乍狀態(tài)是連續(xù)恒頻運行還是根據(jù)水泥窯送料信號斷續(xù)調頻二220VA工作。當K5置于“手動運行;位置，PLC忽視繼電器J4r的廣停止按鈕瞄和"；運行”位置，貝腫LC根&行”,位置，驅燙'的工作狀狀態(tài)，僅根^據(jù)啟動和0當K5置于“自動 ,202運行加行。，運行據(jù)有無“送料信號”經(jīng)延時濾波后控制破碎機的起制動運難141516|再生能量回饋裝置。由于水泥立mut機屬大慣性負載，因而存在著調速裝置制動I能量通過設置在變頻器N-THRCM態(tài)是連續(xù)恒頻運行還是根據(jù)水泥窯送料信號斷續(xù)調頻工作。當K5置于“手動運行”位置，PC忽的工乍狀態(tài)是連續(xù)恒頻運行還是根據(jù)水泥窯送料信號斷續(xù)調頻二220VA工作。當K5置于“手動運行;位置，PLC忽視繼電器J4r的廣停止按鈕瞄和"；運行”位置，貝腫LC根&行”,位置，驅燙'的工作狀狀態(tài)，僅根^據(jù)啟動和0當K5置于“自動 ,202運行加行。，運行據(jù)有無“送料信號”經(jīng)延時濾波后控制破碎機的起制動運難141516|再生能量回饋裝置。由于水泥立mut機屬大慣性負載，因而存在著調速裝置制動I能量通過設置在變頻器N-THRCM6 Q Q窯放料是間歇運行狀態(tài)，而且破碎時產(chǎn)直流勺處理問題制:動電33。通常放電以熱的^240VCOMYI0COMYllCOMY12COMYI3Y14YIS| | 202 | |20 22 205 210220223圖3PLC接線圖，RUNCHNPHOCOVLVXXXXXKRESETACFLCFOH—:0XXIR5TOdQI02 ' b一—，q---—o*— ——一-----一一~TA圖4變頻器和電源再生裝置連接圖圖4表示變頻器和能量回饋裝置的連接方式。主回路部分，由晶體管橋、限流電抗器組成。能量回饋裝置和變頻器的直流回路連接。電動機電動運行時，由變頻器內部的整流二極管從電網(wǎng)側提供電能；電動機再生發(fā)電運行時，在變頻器直流側面產(chǎn)生較高的泵升電壓，當泵升電壓高于610V，二極管導通，通過能量回饋裝置將再生能量回饋到電網(wǎng)側，變頻器直流側電壓被限制在610V以下。品體管橋、電網(wǎng)是同步進行通斷的。限流電抗器2ACR的作用是限制回饋電流，平衡壓差。品體管開通時，限流電抗器的作用下，裝置以有源逆變方式將再生能量送回電網(wǎng)?！癟A”為緊急停車按鈕，為設備故障或需要緊急停車時備用。4PLC的程序設計PLC軟件采用梯形圖語言，實現(xiàn)各種邏輯控制、變頻器起制動控制及手動/自動、工頻/變頻轉換和故障自切換等功能。程序框圖如圖5所示。5運行結果上述系統(tǒng)已于1998年8月在山東省某水泥廠投入實際運行。系統(tǒng)根據(jù)送料信號自動實現(xiàn)啟制動運行，破碎機運行速度連續(xù)可調。電機可以實現(xiàn)頻繁軟啟動，基本無啟動電流沖擊，啟動力矩足夠。系統(tǒng)在變頻運行條件下，若變頻器突然故障，則自動切換至“工頻”狀態(tài)繼續(xù)運行，同時發(fā)出聲光報警信號（內部可選〉根據(jù)現(xiàn)場工況需要，將有放料信號時變頻運行給定頻率設為43Hz，系統(tǒng)運行電流為27A，運行電壓280V，改造后的系統(tǒng)平均每年耗電5.7萬度。根據(jù)現(xiàn)場記錄，系統(tǒng)在改造前工作頻率為工頻50Hz，運行電流為32A，運行電壓400V，平均每年耗電19.42萬度。改造后的節(jié)電率為70.6%。該系統(tǒng)的突出優(yōu)點如下：（1） 利用變頻調速技術改造了水泥熟料破碎機的拖動系統(tǒng)，滿足了破機的低速、間歇運行特點，保證了工藝控制質量，節(jié)能效果明顯，并有利于延長破碎機和電機的使用壽命。（2） 利用能量回饋控制技術克服破碎機大慣性引起的泵升電壓，有效保證了變頻器的安全運行。系統(tǒng)除了變頻器和能量回饋裝置所具有的20余種保護功能和故障自診斷功能外，還增設了電機過熱、控制回路保護及報警。（3） 利用可編程控制器PLC實現(xiàn)了各種邏輯控制、變頻器起制動自動制功能及手動/自動、工頻/變頻轉換和故障自切換等功能，使系統(tǒng)控制靈活方便，齊全。功能（、開F,）器—|N - ■'，- 1X