1 引言
配料控制是燒結(jié)工藝的第1步，它決定著燒結(jié)礦的產(chǎn)品性能及技術(shù)指標。隨著計算機工業(yè)應(yīng)用的普及，各廠普遍采用電子秤和plc控制技術(shù)，實現(xiàn)了皮帶上料和配料的自動化。皮帶配料控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，傳統(tǒng)上采用滑差電機調(diào)速控制與皮帶電子秤連接，可以接收4~20ma信號，對控制電機進行大范圍的無級調(diào)速，手/自動之間是無擾動切換。由于工業(yè)現(xiàn)場粉塵大，料粒不穩(wěn)，料的濕度不勻，當調(diào)節(jié)范圍較小，低速運行時，滑差電機轉(zhuǎn)速波動大，調(diào)節(jié)效果不好，容易發(fā)熱，損壞電機。另外，滑差電機價格較高，維修工作量大，更換不方便，無法滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的節(jié)奏，逐漸被變頻調(diào)速電機取代。針對上述問題，山西新臨鋼燒結(jié)廠于2001年1月對配料系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)進行改造，用變頻器代替了滑差調(diào)速。在改造過程中，出現(xiàn)過不少問題，調(diào)速穩(wěn)定性達不到要求，經(jīng)過一個月觀察、分析，找出原因，問題得到解決。

2 自動配料系統(tǒng)的組成
改造后的配料控制系統(tǒng)以單個圓盤組成一個閉環(huán)回路，如圖1所示。

圖1 配料系統(tǒng)單圓盤控制組成

臨鋼燒結(jié)廠配料系統(tǒng)共12個圓盤，這樣就有12個如圖1的單回路儀表控制系統(tǒng)。多臺儀表配料秤與計算機通過rs-485通訊，完成料種料量的分類設(shè)定與采集，匯總各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一操作指揮，實現(xiàn)了配料系統(tǒng)的自動化。過去的執(zhí)行機構(gòu)如圖2所示。
具體改造步驟為:將滑差調(diào)速控制器更換為變頻器;調(diào)速電機由滑差電機改為三相異步電機;改進現(xiàn)場操作箱控制原理，實現(xiàn)變頻器手/自動切換。
我廠選用的變頻器是西門子mmv變頻器，變頻器外部接線如圖3。

圖2 滑差調(diào)速控制

圖3中幾個接口功能簡單說明如下:(5、6、7、16、等接口的功能，可通過對變頻器設(shè)定參數(shù)來定義)
5-開機信號 ＞+10v 時有效控制;
6-自動工作信號 ＞+10v 時有效，
＜+10v 時手動調(diào)節(jié)有效;
7-復(fù)位信號 ＞+10v ↑上升沿時有效;
16-停機信號 ＜+10v 時有效。

3 改造中應(yīng)注意的問題
(1) 首先應(yīng)確保變頻器工作現(xiàn)場干擾小，這是變頻器穩(wěn)定工作的前提。常見措施有:
敷設(shè)線纜需屏蔽措施，與強電線路保持一定距離，且不同槽，避免諧波信號和電磁干擾;
控制接地措施要好,當廠區(qū)電氣接地網(wǎng)阻小于4ω時機殼可接至廠區(qū)電器專業(yè)接地網(wǎng)，否則獨立接地。
屏蔽接地應(yīng)設(shè)置單獨接地系統(tǒng)。
(2) 變頻器外圍線路要有良好措施，這是變頻器穩(wěn)定工作的保障。具體如下:
a) 變頻器類型自選，其中可設(shè)定參數(shù)的接口要與接線圖對應(yīng)。
b) 變頻器開機及手/自動切換時應(yīng)有濾波電容。如圖3中電容c1、c2大約為0.47μf，起交流濾波作用，有效降低了電源系統(tǒng)干擾。我廠改造時，加與不加濾波電容效果明顯不同。
c) 開機時，r、c回路充放電造成瞬間滯后，可確保變頻器復(fù)位信號優(yōu)先于開機信號，使變頻器能正常啟動和穩(wěn)定工作。
d) 儀表輸出的pid信號應(yīng)調(diào)整為4~20ma，且與變頻器隔離，防止0~10ma時容易出現(xiàn)的零點漂移。
e) 現(xiàn)場操作箱中的手/自動開關(guān)及繼電器選型要可靠，保護措施要好，因現(xiàn)場環(huán)境惡劣，粉塵大，溫度高，容易造成系統(tǒng)控制瞬間暫停。
(3) 適當選擇變頻器控制方式，這是提高變頻器工作效率的關(guān)鍵。
我廠選擇矢量控制方式。

圖3 變頻器的外部接線圖

變頻器一般有四種控制模式可選:線性電壓/頻率方式、磁通電流控制(fcc)，平方電壓/頻率關(guān)系，矢量控制。
變頻器能否穩(wěn)定工作是調(diào)試的重點也是難點，我廠選用的變頻器是西門子mmv變頻器，為得到最好的動態(tài)調(diào)速性能，將原出廠調(diào)試的轉(zhuǎn)差率調(diào)速方式改為免測速矢量控制方式。
配料秤每秒掃描一次現(xiàn)場傳感器送回的稱量數(shù)據(jù)，并且根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出新的ｐｉｄ控制信號發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)，所以系統(tǒng)始終處于動態(tài)工作過程。轉(zhuǎn)差率調(diào)速方式雖然能夠維持磁通和轉(zhuǎn)矩恒定，但他基本關(guān)系是從穩(wěn)態(tài)機械特性推導(dǎo)出來，動態(tài)轉(zhuǎn)矩仍未得到控制。原料中存在大塊物料是難免的，大塊物料的卡阻會形成突加負載，而且落在皮帶秤上會引起傳感器的信號波動。如果能在負載突加時，迅速將電磁轉(zhuǎn)矩提上來，即可獲得較快的恢復(fù)時間和較小的動態(tài)速降，調(diào)速的動態(tài)性能歸根結(jié)底是對電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)整。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可在四象限中對動態(tài)性能進行精確控制，矢量控制的基本思路是按照同樣旋轉(zhuǎn)磁場這一等效原則建立起來的，可以在三相異步電機上模擬直流電機的控制規(guī)律，實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。實踐證明，這種控制方式非常適合燒結(jié)廠配料的工藝要求。當選擇測速矢量控制方式時，定于電阻測量功能置位，變頻器第一次運行時，將自動測定電機的定子電阻，并根據(jù)參數(shù)表中的電機銘牌數(shù)據(jù)計算電機常數(shù)，從而模擬直流電機的控制規(guī)律，與三相異步電機實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速。
特殊情況下單臺燒結(jié)機生產(chǎn)時，上料量較低，需要電機在10ｈｚ以內(nèi)的頻率下穩(wěn)定工作，對控制系統(tǒng)的低速特性提出了較高的要求。矢量控制的另一個優(yōu)點是可以在低頻工作時保持恒轉(zhuǎn)矩，既改善了系統(tǒng)的低速特性，又擴大了調(diào)速范圍。改造后，電機可以在3hz-50hz之間穩(wěn)定運行，完全滿足生產(chǎn)需求。

4 運行效果
此次改造，經(jīng)過短期調(diào)試，很快達到了預(yù)期目的，取得明顯的經(jīng)濟效益。
(1) 改善了系統(tǒng)的低速特性，擴大了調(diào)速范圍。電機可以在3hz-50hz之間穩(wěn)定運行。
(2) 改造至今，園盤電機的故障率降為零，減少了維修費用，提高了生產(chǎn)作業(yè)率。
(3) 閉環(huán)響應(yīng)時間明顯加快，配比精度由原來的誤差±3.5%提高到±0.75%，。
(4) 用普通電機替換滑差電機，降低了設(shè)備成本，提高了維護效率。
(5) 配料數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，為后來分廠聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)管控一體化，打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻
[1] 周紹英，儲方杰. 交流調(diào)速系統(tǒng)[m]. 北京:機械工業(yè)出版社, 1996.
[2] 李華德. 現(xiàn)代交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)[m]. 北京:石油工業(yè)出版社, 1995.

作者介紹
李 忠(1967-) 男 計算機工程師 從事工業(yè)自動化控制。