高压变频调速系统在煤气鼓风机中的应用(1).pdf

经 验 交 流 高压 变频调速 系统在煤气 鼓风机 中的应用 王畅平 ， 杨学武 水城 钢铁 集 团 有 限责任 公 司 设计 院 ， 贵州 六 盘水 5 5 3 0 2 8 [ 摘要] 介绍 了水钢煤焦化公司煤气鼓风机高压变频调速系统的构成 、 特点及其实现方法。该 系统通过压力 传感器和 P I E构成初冷器前吸力 的闭环 自动控制系统， 实现了鼓风机电机根据负荷 的变化变速运行 ， 自动调节 煤气流量和压力 ， 既满足 了生产工艺需要 ， 又达到了节能降耗和提高控制水平 的目的。 [ 关键词] 变频调速 ； 煤气鼓风机 ； 节能； P I E [ 中图分类号] 册 2 1 ． 2 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号] 1 0 0 0 - 7 0 5 9 2 0 0 3 0 6 - 0 0 5 7 ． 0 3 0引言 交流变频 调 速技 术 是 当今 节 电、 改 善 工 艺 流 程 ， 以提高产品质量和改善环境 、 推动技术进步的 一 种 主要 手段 。变频 调 速 以其优异 的调 速 和起 制 动性能， 高效率、 高功率因数和节能效果， 广泛 的 适用范 围及其 它许多优点 而被 国内外 公认 为是 最 有发展前途 的调 速方 式 。在焦 化企业 应用 变频 调 速系统来调节煤气鼓 风机 的转速 是调节 煤气 流量 和压力 、 有效节 能 的最佳方法 。 煤气鼓 风 机是 焦 化企 业 的核 心设 备 ， 其 作 用 ‘ 是将焦 炉炭化室在炼焦过 程 中产生 的粗煤 气 不断 抽出， 它一般 由高压大容量异步 电动机驱动。 目 前 ， 国内多数 焦化企业 由于投 资大 等原 因 ， 煤气鼓 风机由电机工频恒速驱动 ， 靠节流、 循环等传统手 段 来调节煤气流量 和压力 。在煤气 鼓 风机 的运行 过程 中 ， 由于焦 炉粗煤气产 量波 动 变化 ， 鼓风 机 的 负荷变化较 大 ， 而动力源 电机 由于是 工频运 行 ， 其 转速 不变 ， 也 就是 说输 出功率 不 随负 荷 的变 化 而 变化 ， 这 种“ 大 马拉小 车” 的现 象 ， 既浪 费 了大量 的 电能 ， 同时又给调节增 加 了困难 。针对这 种情 况 ， 水钢煤焦化公司采用高压变频调速系统直接控制 煤气鼓 风 机 电机 的转速 ， 应用 P I E 与压力传 感 器 构成初冷器 前 吸力 的 闭环 自动 控制 系统 ， 实现 了 电机根据 负荷 的变 化变 速 运 行 ， 自动 调节 煤 气 流 量和压 力 ， 既 满 足 了生 产 需 要 ， 又 达 到 了节 能 降 耗 、 延 长 设 备 的 使 用 寿 命 和提 高 控 制 水 平 的 目 的 。 1 系统 构成 及 其 实 现 水钢煤焦化公司 D 7 5 0 - 2 3煤气鼓风机高压变 频 调速系统主要 由硬件 和软 件两 部分组 成 。对 原 有煤 气 鼓 风 机加 装 变 频 调 速装 置 和 P I E控 制 系 统 ， 并 且将初冷器前 吸力 信 号送 至 P I E， 作 为初 冷 器前吸力单 闭 环控 制 的反 馈值 给 定值 根 据 实 际 工况设定 。通 过 P I E对初 冷器 前吸力 信 号变换 和处理 ， 为变频 器提供频 率给定 ， 实现频 率 的 自动 调 整 ， 也就是说对鼓 风机 电机 的转速 进行 控制 ， 以 达 到根据负荷 变 化而 调 整输 出功率 、 稳 定初 冷 器 前吸力和节能降耗的目的。 1 ． 1系统硬 件组成 系统组成 如 图 1 所 示 ， 主要 部 分 及 其 功 能分 述 如 下 。 图 1 煤 气鼓 风 机变 频调 速 系统 的组 成框 圈 1 变 频 调 速 装 置 采 用 A B B公 司 的 A C S 6 2 7 [ 收稿 日期] 2 0 0 3 - 0 3 ． 1 2 ； [ 修改稿收到 日期] 2 0 0 3 - 0 4 1 0 [ 作者简介] 王畅平 1 9 7 2 ． ， 男 ， 湖南邵阳人， 工程师， 硕士， 主要从事 自动控制及 自动化仪表方面的设计和应用。 冶金 自动化加略 年第 6期 ‘5 7 。 维普资讯 经验 交 流 型 ， 由降压变压器 、 变频器和升压变压器构成“ 高 一 低 一高” 式 的变 频调 速装 置 ， 完 成工 频 5 o H z交 流电到频率可变 的交 流电的转换 ， 并具有 自动和 手 动、 就地 和远 程调速控制功能 。 2 系统 中的 P I E包括 S I MA T I C s 7 3 0 0和 s 7 2 0 O 。两个 P I E系 统 之 间用 F R O F I B U S总 线通 信 ， s 7 3 0 0为主 站 ， 7 - 2 0 0为一个从 站 另 有一 个从 站 是变频 器 。s 7 3 0 0 P I E完 成 整 个 系 统 的 信号 采 集和控 制 功 能 ， s 7 2 0 O P I E完 成 高压 开 关 柜 的信 号采集及变频器故障时变频到工频的自动切换 。 3 上位机选用 研华工 控机 ， 完 成整 个 系统 的 工艺 流程 、 设备运 行状 态 的显示 和监 控 、 实时 曲线 的显示、 历史数据的保存、 权限管理、 操作查询、 报 警 、 打印等功能 。 4 操作台实现系统操作控制及高压开关柜、 鼓 风机运行状态指示 。 1 ． 2 软件基础及 实现 本 系统 软件平 台采用 Wi n d o w s N T 4 ． 0 ， 上位 机 采用 F r a me v i e w 软 件 组 态 ， 编 程 应 用 软 件 采 用 S I M A T I C S T E P 7 V 5 ． 1 ， 完成 s 7 3 0 0 P I E硬件组态及 软件编程 。 通过 P I E的 P I D功 能块 F B 4 1 完成 初 冷器前 吸力的单闭环控制 ， 同时建立变量表 ， 用于 P I D的 参数整定和修改。编程语言采用梯形图的方式实 现各种 逻 辑顺 序控 制 和 初 冷 器 前 吸力 闭环 控 制 等 ， 软件 流程 如 图 2所示 。在软件设计 中利用 P I E 定 时中断功能完 成数 据 采样 ， 数字 滤 波 ， P I D运 算 及控 制输 出。 初冷器前吸力信号输入 数 据采 样 一 数 字滤 波 初 冷器 前 吸力 P 1 D控 制 控 制量输 出 给变频 器 』 兰 改变参数调节设定值 I 图 2 变频 调 速软 件流 程 图 整个系统控制的关键是保持焦炉压力设定值 58 在工 艺要求 的指 标上 ， 而初 冷 器 前 吸力 设 定值 的 选定要服从保 持焦炉压 力值 稳定 的需 要。正 常情 况下 ， 焦炉 闭环 子 系统 能 够 很好 地 实 现 自动跟 踪 调节气压 ， 初 冷器前吸力 设定值 一 经选 定 ， 一般 不 需改变 。但 是 ， 当某焦炉 压力不 足 ， 在 系统控 制下 对应蝶 阀的调 节 机构 关 闭 到极 限时 ， 计 算 机控 制 将 自动修 改初 冷 器前 吸力 的参 数设 定 值 ， 即改 变 变频器 的输 出频率 ， 使 鼓 风机 的转速 也相应 改变 ， 从而改变对各个焦炉集气管输出煤气 的抽力 ， 促 使各个焦炉子 系统逐 渐脱离极 限位置 。 2系统特点 本 系统具 有 两个 显 著特 点 一 是 具 有 变频 转 工频运行 的 自动 切换 功 能 ， 二是 变 频 器 一带 二 系 统 的设计 。 2 ． 1 变频 转工频 由于煤气 鼓 风机 是 焦 化企 业 的核心 设 备 ， 不 允许中断运行 ， 因此， 如果变频系统出现故障 ， 必 须在变 频电源短时断 电后 将 电动机 很快 自动投入 工频 电源 运 行 ， 即变 频转 工 频。但 同时 须考 虑 系 统转换 的安 全性 和经济 的实 现方 法 ， 本 系统 采 用 延时 的实现方 法。 变频转工 频 系统 主 电路 示 意 图 如 图 3所 示 。 K l ～l 5 为高压开关柜 ， 其中 K 4与 l 5是原工频系 统 。当 K1 、 J 2 1 3 或 变频 装 置 出现 故 障 时 ， 系统 中的 S I MA T I C 7 - 2 0 0 P I E 自动将变频 器停 止运行 ， 并断开高压开关 柜 J 2 1 3 ， 延 时后 ， K 4 1 5 自动 合闸 ， 1 2 鼓 风机 由工 频 电源供 电， 继 续运 行 ， 变频 转工频完成 。 6 k V 6 k V 6 3 ok W 图 3变频 转 工频 系统 主 电路 示意 图 2 ． 2 变频器 一带二系统 的设计 为节约投 资 ， 充分 发挥 变频 器 的节能 效益 ， 当 一 台风机故障或检修时， 另一台风机仍能利用变 频器节 能运 行 ， 即所 谓一 带 二 系统 ， 如 图 3所 示 。 维普资讯 经 验 交 流 在应用变频 调 速 系统 后 ， 仅节 能 一 项 只需 3年 多 就可 回收全部 投资 。 此外 ， 与原工频系统 相 比， 变频 器具 有软启 动 功能 ， 减小 了对 电机和 电 网的冲击 ； 变频器 自身 所 具 有的过电压 、 欠 电流 、 过 流 、 过 载 和过 热 等 保 护 功能 ， 可有效避免 由此而 引发 的各种 故 障 ， 并 能及 时提供故障信息， 方便查找 ； 由于变频器可降低电 机的转速 ， 因而减少 了设备 的磨损 ， 延长 了鼓 风机 的检修周期和使用寿命。 该煤气鼓风 机变频调速系统 于 2 0 0 2年 2月投 入试 运行至今 ， 实践充分 证 明 ， 煤 气鼓 风机应 用 变 频调 速 ， 并 采用 P L C构 成初 冷器 前 吸力 的 闭环 自 动控 制系统 ， 实 现 了 电机 根据 负 荷 的变 化 变 速运 行 ， 自动调 节 煤气 流 量 ， 既满 足 了焦化 工 艺 要求 ， 又达到了节能降耗的 目的， 经济效益显著， 值得大 力推广应用 。 由图可见 ， 变频器可供 电给 1 或 2 中的任 意一 台 鼓风机电机变频运行。为防止误操作 ， l 2 与 l 3 、 K 2与 K 4 ， K 3与 K 5均具有互 锁功能 。 3 控 制效果 I 7 5 0 - 2 3煤气鼓 风机 系统 采 用变频 调速后 ， 初 冷器前 吸 力 翻板 全 开 ， 减 少 了 风 阻 ， 因 而 节 能 显 著 。表 1为煤 气鼓风 机改 造前后 主要参 数 的实 际 记 录平均值 。 表 1 变频前后鼓风机运行参数 以改造前后参数的平均值计算节能效果。变 频调速前后的年耗电量分别为 Q 和 Q h Q q 5 8 22 43 6 550 9 8 3 20 k Wh Q h 4 1 62 43 6 5 3 6 4 1 4 6 4 k 节约 电量 Q为 QQ 一Q h 50 9 8 3 2 03641 4 6 4 1 4 5 6 8 5 6 k Wh 按工业 用 电 0 ． 3 2 5 ／ k Wh计算 ， 则 年节 约 电费 为 0 ． 3 2 51 4 5 68 5 64 7 ． 3 5 万 元 。经 计算 可知 ， [ 参考文献 ] [ 1 ] 邵惠鹤 ． 工业过程高级控制 [ M] ． 上海 上海交通大学出 版 社 ， 1 9 9 7 ． 1 0 0 - 1 0 1 ． [ 2 ] 刘岳 成． 变频 调速 装置在 煤气鼓 风 机系 统 中的应用 [ J ] ． 电气传动 ， 1 9 9 8 ， 2 8 5 2 0 - 2 3 ． [ 编辑 初 秀兰] 大 连 钢 厂 棒 线 材 R D MS激 光 测 径 系统 的应 用 陈 江 宁 ， 张 忠 慧 ， 华 初航 ， 赵非 1 ． 德国 L A P激光应用有限公 司， 上海 2 0 0 1 2 0 2 ． 大连金牛股份有限公司 [ 摘要] 介绍 R D l V l S激光测径系统在大连钢厂棒线材系统改造 中的应用情况。R D lV l S测径系统采用“ 真实形 状” 技术和全固定测量 ， 实时测量直径和截面形状 ， 为棒线材工厂提高产 品质量和 自动化控制水平创造有利的 条件 。 [ 关键词 ] 棒线材 ； 测径 ； 激光 [ 中图分类号 ] 3 6 ． 4 ； T H 2 4 4 ． 5 [ 文献标识码] B[ 文章编号 ] 1 1 0 0 7 0 5 9 2 0 0 3 0 6 - ．0 0 5 9 - 0 3 O 前 言 大连金牛股份有限公 司棒线材厂生产线的轧 机设备 是 1 9 9 6年从 S MS 西马格 引进 。考虑到 用 户对 于产 品 的尺 寸 精 度 和 质 量 控 制 提 出更 高要 求 ， 在线材 吐丝 机 人 口 已有 R D MS测 径 仪 的基 础 上 ， 再 在棒 线 的初 轧机 后 再上 一 台 R D MS激光 测 径仪 ， 用于棒 材 的成 品 测量 和 线材 的 中间产 品测 量 。大连金 牛股份有 限公 司棒线 材厂于 2 O 0 2年下 半年与 L A P激光应用有限公司 德国 合作共同完 成测量系统改造 。 [ 收稿 日期 ] 2 0 0 3 4 4 - 1 8 ； [ 修 改稿 收到 日期 ] 2 o o 3 一 2 5 [ 作者简介 ] 陈江宁 1 9 7 0 一 ， 男 ， 上海人 ， 工程师 ， 硕士 ， 主要从事钢铁业激光测量和特殊检测仪表的推广和研发工作。 冶金自动化 帕 年第 6期 ‘5 9 。 维普资讯