变频调速双驱同步磨机电控系统的设计与应用.pdf

编 辑 翟 晓 垡 彼 磨 4 0 圈础机械㈣糊㈣。剪 变频调速双驱同步磨机电控 系统的设计与应用 高海燕1 ’2 ，冯京晓3 ，周威1 ’2 ，韩高翔1 ’2 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳4 7 1 0 3 9 2 矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳 4 7 1 0 3 9 3 洛阳师范学院物理与电子信息学院 河南洛阳4 7 1 9 3 4 摘要针对大型矿用磨机电气控制系统的工作特点及控制要求，提出了一种基于A B BA c s 6 0 0 0 高压 变频器的变频调速双驱同步磨机电控系统，对大型磨机电控系统提出了新的设计方法，并对其传动系 统的功能、选型配置及电控回路结构做了介绍；对其自动控制系统的功能、硬件结构、软件设计进行 了阐述。实际应用结果表明，该设计完全达到生产要求。 关键词磨机；变频调速；电控系统；双驱同步；在线监控；变频器 中图分类号T D 4 5 3 ；T D 2 7 3文献标志码B文章编号10 0 1 3 9 5 4 2 0 2 0 0 7 一0 0 4 0 0 6 D e s i g na n da p p l i c a t i o n0 ff ．r e q u e n c yc o n V e r s i o ns p e e dr e g u l a t i n g d u a l ．d r i v es V n c h r o n o u se l e c t r i cc o n t r o ls V s t e mo fm i U G A OH a i V a l l “2 ，F E N GJ i n 2 Ⅸi a 0 3 ，Z H O UW d l ’2 ，H A NG a o x i a n g ‘2 1 L u o y a n gM i n i n gM a c h i n e r yE n g i n e e r i n gD e s i g I lI n s t i t u t eC o ．，L t d ．，L u O y a n g4 7 1 0 3 9 ，H e n a n ，C h i n a 2 S t a t eK e yL a b o r a t o r yO f M i n i n gH e a v yE q u i p m e n t ，L u o y a n g4 7 1 0 3 9 ，H e n a n ，C h i n a j C o l l e g eo f P h y s i c s E l e c t m n i cI n f o m l a t i o n ，L u o y a n gN o 肌a lU n i v e r s i t y L u o y a n g4 7 1 9 3 4 ，H e n a n ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i I l gt ot h ew o r k i l l gc h a r a c t e r i s t i c sa 1 1 dc o n t m lr e q u i r e m e n t so fm ee l e c t r i cc o n 订o ls y s t e mo f t 1 1 el a 玛em i n em i l l ，m ep 叩e rp r o p o s e dal i n d 骶q u e n c yc o n V e r s i o ns p e e dr e g u l a t i I l gd u a l 一嘶V es y n c h m n o u s e l e c t r i cc o n 们1s y s t 锄o ft h er n i Ub a s e do nA B BA C S 6 0 0 0h i 曲- v o l t 唱e 毹q u e n c yc o n V e n e r ．I ta l s oo 虢r e d t h en e wd e s i g nm e t h o df o rt h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mo ft h el a r g em i l l ，a n di n t r o d u c e dt h e 如n c t i o na n d c o n f i g u r a t i o no fi t sd r i V es y s t e ma sw e n a st h es 衄l c t u r eo ft h ee l e c 仃i cc i r c u i t ．I na d d i t i o n ，i tn 锄r a t e dt h e f u n c t i o na n dh a r d w a r es t m c t u r eo ft h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e ma sw e l la st h es o f t w a r ed e s i g n ．A c t l l a l 印p l i c a t i o nr e s u l t ss h o w e dt l l ed e s i g I lf I l l l ym e tm ep r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t s ． K e yW o r d s m i l l ；仃e q u e n c yc o n V e r s i o ns p e e dr e g u l a t i I l g ；e l e c t r i cc o n 仃o ls y s t e m ；d u a l - 血V es y n c l l I D n i z a t i o n ； o n l i n em o n i t o r i n g ；f - r e q u e n c yc o n v e n e r 隆右着磨机大型化的发展，在其传动形式、自动 I 炮化和智能化上都呈现出了多样化的发展趋势， 如何保证磨机既能稳定运行，又能降低能耗和钢耗 是人们一直致力研究的方向，尤其对于超大功率磨 机的控制。大型磨机目前主要采用由G E 公司提供的 Q l l a d r a m a t i c 双驱磨机电气控制系统，其传动装置采用 2 个G E 低速同步电动机 气动离合器 小齿轮轴组 共同驱动大齿轮，从而带动磨机筒体旋转。随着电力 作者简介高海燕，女，1 9 7 9 年生，本科，工程师，主要从事 矿山机械的电气设计工作。 电子技术、微电子技术的发展，交流变频技术以其卓 越的调速性能、显著的节能效果而被广泛应用到国民 经济各领域，也给传统的磨机控制系统注入了新的活 力，采用变频器驱动磨机电控系统的开发和研究也备 受人们关注。由中信重工机械股份有限公司推出的变 频调速双驱同步磨机电气控制系统的设计方案，不仅 实现了磨机的重载软启动、调速运行、平滑停车、板 结检测和去除物料板结等功能，还实现了整个磨矿系 统的过程控制、工艺流程显示、设备运行状态的监测 及报警、故障信息的查询等功能，在确保大型磨机平 万方数据 舢机械籼糊。㈣，期圆 稳运行的同时，达到了降低能耗的目的，这也正是大压器的副边供电源给变频器输入侧，变频器经过内部 型磨机控制发展的新方向n ．2 】。 二极管整流和I G C T 【4 1 逆变后再经过无负荷隔离开关， 编 同时驱动2 台额定电压为30 5 0V 的无刷励磁同步电 辑 1双驱同步磨机电控系统的组成 动机运行，币泐磁控制器由变频器输出信号控制。变 翟 双驱同步磨机电控系统主要分为传动系统和自动塑孽塑鉴态下，操作人员可根据实际的工况实时调节 晓 垡 化控制系统两部分传动系统电路主要是完成从进线 钟口啊压。 端萃I I 由云打栅的合卿配由确檩由动木n ．启动{ 寸；I 旱p I 乃下l 常运行过程中安全平稳，满足企业生产需求；自动化 1 ／七 o 、 ]{ i 小。 I ．．●L ． 控制系统则是根据系统工艺控制要求，使执行层设备 完成相应的工艺操作和执行动作，并具有对设备实时 群肾 监控、保护设备安全的功能，以确保设备安全高效地 运行。 毕犁 Ⅲ 2 传动系统的设计 4 ／ ／ H I 目 传动系统设计主要根据磨机启动、运行、生产需 臣口臣口 臣目臣 索眦两士由云打棚的T 椎勇求字啦由路沿计和备都锌 门、艺 Z L 电‘州’L ，U u 了L Ir 舅1 、／U ，执’C I l H U 弘y I ’l H 【丁r ．／J 动力回路设备及元器件的洗型． 2 。1 传动系统的功能设计 i．． 、 、 、 1 重载软启动功能磨机属于长期工作设5 ／ i 备，低转速恒转矩负载，必须具有较高的过载能力及 ⑨ 启动转矩，可实现电动机重负荷启动的功能。』／ 2 平滑停车功能能使磨机很平滑地进入停车。i 位置，在该位置转速和转矩都为零，不会产生磨机筒 1 ．低压电动机控制中心2 ，中压开关柜3 ．矿用3 绕组油浸变压器 体摆动现象，从而造成小齿轮和大齿圈的打齿撞击。 4 ．2 4 脉中压水冷电压源型变频器5 ．无负荷隔离开关柜俭励磁回路 3 自动定位功能可以根据现场工艺情况任意 和主回路 6 。无刷励磁同步电动机 设置筒体的旋转角度，进行自动定位控制。 图1 传动系统一次侧主回路图 4 双驱负载平衡功能变频器采用主从控制圈， F 1 2 1P n 啪r ya r c u l ‘d 1 8 9 m mo 。d n v e8 y 8 劬 主机采用速度控制环，从机采用转矩控制环，从机跟 启动变频器，电动机开始工作，其输出频率从。 随主机做转矩控制，实现磨机启停整个速度区间内2 H z 逐步上升到磨机所需运行频率，同时控制系统优 个电动机轴之间的负载平衡功能。 化控制同步电动机励磁控制器，使电动机功率因数趋 5 爬行功能使磨机低速运行，方便操作人员 近于l ，此时，变频器的输出电压对应地也从oV 升 目测筒体状况，一般为磨机实际转速的5 ％。1 0 ％。 到指定运行电压。在启动过程中，由于变频器的功率 6 板结检测功能板结检测系统通过分析筒体 选择充分考虑了该类负载对启动转矩的特殊要求，其 的旋转角度和电动机的动态转矩，经过板结检测算法 启动转矩可以达到磨机转矩需要，确保启动成功。 来判断筒体内物料是否产生板结，若检测到板结，变2 ．3 传动系统的选型配置 频器会自动切换到防板结模式运行。变频调速双驱同步磨机传动系统主要由中压开关 7 防板结抖开功能检测到物料板结后，启柜、整流变压器、变频器、无负荷隔离开关柜以及同 动防板结模式，变频器采用输出转矩叠加的方式，让步电动机等组成，具体的系统选型配置如表l 所列。 筒体和板结的物料产生剪切力，抖开板结的物料，防 其中中压开关柜、主回路断路器和变频器的选型分别 止板结物料下落砸伤筒体或衬板。 需要满足以下要求 2 ．2 传动系统主回路结构 1 中压开关柜的主回路断路器必须满足整流变 磨机的传动装置采用2 个低速无刷励磁同步电 压器原边额定电压和额定电流的要求。 动机直连2 个小齿轮轴组来共同驱动大齿轮，从而带 2 主回路断路器必须配备电流互感器和保护继 动磨机筒体旋转。传动系统的一次侧主回路如图1 所 电器，来保护变压器和变压器次侧电缆，并且能够 示，可知系统只能运行在变频工作模式下。中压开关响应变压器次侧绕组或一次侧进线电缆的短路故 柜提供现场1 3 ．8k v 进线电源给整流变压器，整流变 障，同时能承受变压器的冲击电流，响应变压器二 4 1 万方数据 『 圈舢机械艄糊。㈣，期 次侧绕组、二次侧电缆和变频器输入整流桥的短路故 3 远程分站I ／o 的选用 为了使整个自动化 编障，以及变压器和电缆的长时间过载。鉴于此，断路 控制系统趋于模块化，改变了传统控制设计的习惯， 辑 器选用电压为1 7 ．5k V 的A B BV D 4 真空断路器以及使用了远程分站I ／O ，提高了电气设计的灵活性、 翟 A B BR E T 6 7 0 智能微机综保。另外从安全角度考虑， 可应用性和高效性。 晓 垡 中压开关柜内断路器的合与断必须由变频器来操作， 4 开放式工业以太网技术E 出e r ] N e t ／I P 的选 通过变频器与中压开关柜之间的联锁功能来保护变频用E 也e r N 戗／P 技术盯1 采用标准的以太网芯片，在应 器，一旦变频器发生故障，中压开关柜立即断开电用层采用开放协议c I P ，通过采用T c P ／1 P 实现一般 源。信息发送，采用u D P ／I P 实现实时发送，能够满足实 3 变频器的输出频率从o 。5 0H z 可调，变频器 时工业控制要求。同等条件下，E I l l e r N e 们P 系统通信 功率的选择要满足磨机的初始启动转矩，确保启动成 的吞吐量是某些典型主从式工业以太网的3 倍以上， J J J J ‘ 功，同时满足在l o ％基逮I 青况下过载能力达到1 6 9 ％ 实现了与集散控制系统的无缝对接。 额定转矩，且允许每1 0 f n i n 内过载运行2 0 s 的要求圈。 5 实时监控和故障报警记忆功能通过人机 表1 传动系统选型配置界面可以实时监控磨机运行数据，一旦磨机在运行中 T a b ．1 c o n 矗g u r a t i o no fd r i V es y s t e m 出现故障报警，可通过故障报警记忆功能迅速找出原 数量／台 套名称因，并能根据故障性质及时排除故障，保证磨矿段的 1 中压开关柜，型号A B Bu n i G e a rz s l ，1 7 5k V ，A B B 连续生产，大大提高电控系统的可靠性。 V D 4 断路器，综保A B B R E T 6 7 0 Ⅲ友J 丧拈h “如詹士快把L 翻番面沮友立 2 矿用3 绕组油浸变压器，3 相’90 6 2k V ．A ，原边电 、”’。8 。丁恹弭9 。目。可吧】工1 E 上T “生艾状胃万 压1 3 ．8k V ，副边电压17 2 5 ／l7 2 5v均设有故障急停按钮，当设备或过程控制出现异常隋 i t A B B2 4 脉冲整流，3 电平I G C T 逆变输出，水冷电压 况时，可按下急停按钮迅速切断所控工艺段所有设备 源型交一直_ 交变频器A C s 6 0 0 0 s D 的造云h ★由湄D J 础正凡直谢磊的窑套昕右埔暗 l 2 带蓊蓉燮挚’蹴一6k V ，翱黼门上猫骂歇谥c r ，’五品矗磊善蕊赢。淼 2 A B B 无刷交流励磁同步电动机，1 2 极，3 相，78 0 0发出声光指示灯报警，并在监控机上弹出故障按钮的 k w ，3 0 5 0 V ，1 踟r ／H 血，额定车镪4 1 4 蝌’m 估詈槔示．同时向相关系统发出榴警信息． 3 自动化控制系统的设计 薯磊篙嚣青翼萎羹鬈寡叁薯誊，薷量磊蒿耋萎 篓计警烹竺曼曼尊机割墨．兰三彗型篓空量堡竺根慕主三萎求，磨机自动化控制系统由中央控 兰竺，警。篓紫设计；矍竺篓奠} 要詈墨篓苎意玺筌 制室茹芏莅蔬蓝釜菜荔薪了幂荔荔荔箱；苫荔盖』釜 ； 望 掣粤擘； 墼 掣中间控制层P L c 望堡竺竺 拿搓蒜菜磊某鬲蓄芏荔淼反；芜苇泵瑟； 三；南’荒二 竺圭譬塑警墼擎竺。竺 T a 墩Ⅵe w 来实现对整个荚覆忑薹萄森藉轰葛棼矗桑；荔蔷綦磊。。薹≤萄系统 磨机系统的监控和数据采集。 藁矗制薮拓桑藁茹二深，”完磊釜幂毒矿匠鬲适表矗 4 2 万方数据 舢机械籼籼㈣。期圈 曦蜮暾怔刍 ■ 一 一 I 一 一一 ■ 棚驾 ll萱 髓脚．，一。一，。一，一 1 I I J■● 厂一1 4 I l I l ⋯⋯ 高压 ⋯。s 脚目 眦⋯P 一些备 变频器 濞 芦’I 。。 I ’赢e r N e tI P 幽。d b u 沂c P 硒 ～C S 6 0 0 a 呻竺粤量⋯世 堂曼一一．』交换机A n v B u s 网关 传动系统 ．，一一J ⋯～、 堂 I ． } { 旧 } j j 。D c s 集散系统、、 } 型 } m i 霞启主知j 图2 磨机自动化控制系统硬件结构 F i g ．2 H a r d w a r es t r u c t u r e0 fa u t o m a t i o nc o n t r O ls y s t e mo fm i l l 图3 双驱磨机控制工艺流程 F i g ．3 C o n t r o lp r o c e s so fd u a I d r i V em i l l 编 辑 翟 晓 垡 4 3 万方数据 圈舢机械糊籼㈣，期 编 辑 翟 晓 垡 启动磨机润滑系统、电动机润滑系统和电动机风机设 备，并检测油流、压力、液位和温度等信号是否正 常，如果出现报警或故障信息，操作人员可按照触摸 屏上的指示进行报警或故障排除。 2 上位机画面部分设计该部分主要对磨机 系统主画面、油站系统画面、报警画面及故障画面等 进行设计，通过监控画面可以对磨机运行的各部分数 据、运行状态、报警故障等信息进行显示，为操作人 员及技术维护人员提供一定的数据支持，对设备运行 状况进行分析判断。 4 应用 目前，基于A B BA c s 6 高压变频器和P L c 的 ；变频调速双驱同步磨机电控系统已在南美厄瓜多尔 i 米拉多铜矿厂里的2 台≯l lm 5 ．4m 半自磨机和2 l 台矽7 ．9m 1 3 ．6m 球磨机上得到了应用，构成了2 套 l 粉磨系统。此套变频电控系统的功能得到了很好的体 现，其中传动系统的重载软启动和平滑停车的速度曲 ．线如图4 所示，可以看出磨机在启动和停车过程中非 j 常平稳、平滑，对电网的冲击小，从一定程度上避免 “了机械上的磨损与碰撞，延长了小齿轮和大齿圈的使 用寿命。 时间／s 图4 软启动和平滑停车的速度曲线 F i g ．4S p e e dc u r V eo fs o f ts t a r ta n ds m 0 0 t hs t o p 防板结功能的速度和转矩曲线如图5 所示，可以 看出，变频器通过转矩叠加的形式输出，驱动磨机产 生一定的剪切力来抖开板结的物料，从而避免了板结 的物料下落对磨机筒体衬板造成伤害。 1 2 0 l 9 0 i 堡6 0 专是3 0 蜊姗 蚓 O 5 结语 基于A B BA c s 6 0 0 0 高压变频器和P L c 设计的 变频调速双驱同步磨机电控系统，从设计思路和功 图6 上位机状态监控主画面 F i g ．6M o n i t O r i n gi n t e r f a c ef o rm a s t e rc o m p u t e rs t a t e 万方数据 舢机械舢糊㈣，期圆 再选中的应用 敖顺福，王正奇，陈丽昆。王存柱 云南驰宏锌锗股份有限公司云南曲靖6 5 5 0 1 1 摘要某硫精矿中损失的铅、锌金属主要赋存于方铅矿、闪锌矿中，且方铅矿及闪锌矿的嵌布粒度 细、单体解离度低，选别回收相对困难。采用抑硫浮选铅锌混合精矿的工艺流程，并通过立式螺旋 搅拌磨机与水力旋流器分级构成的闭路循环对混合粗精矿进行再磨，磨矿细度达到一4 5 m 含量占 9 4 ．9 1 ％，再经3 次精选，获得了铅品位1 1 ．0 1 ％、锌品位4 2 ．2 9 ％及铅回收率3 3 ．0 3 ％、锌回收率5 7 ．5 揣的 铅锌混合精矿，硫精矿中杂质铅、锌含量之和从2 ．5 0 ％降低到了1 ．2 8 ％。通过进一步提高入选硫精矿的 矿浆质量分数，并对立式螺旋搅拌磨机的操作和磨矿介质进行优化，可获得更好的选矿技术指标。 关键词硫精矿；细磨；立式螺旋搅拌磨机；单体解离度；选矿 中图分类号T D 9 5 2文献标志码B文章编号10 0 1 3 9 5 4 2 0 2 0 0 7 ．_ 0 0 4 5 0 5 A p p U c a t i o no f V e n i c a ls c r I 朗Ⅳs t i r r i n gm mt oI ．e - c l e a n i n go fa s u l f ．u rC 0 n C e n t r a t e A oS h u n 觚粼z h e n g q i ，C ⅢNL 岫，、7 v | 气N GC u n z h u Y u 衄锄C h i h 伽gz n G eC o ．，L t d ．，Q I l j i l l g6 5 5 0 1 1 ，Ⅵm n 锄，C h i I m A b s t r a c t T h el e a d 加dz i I l cl o s t ‰a ∞l f i l rc o I l o 即纳钯m a i n l yo c c m T e di I lg a l e n a 锄d 洲甜t e ，锄dt l l e g a l 钮a 锄ds p h a l e r i t ew e 托c h 锄c 妇db y 血1 ed i s ∞m i n a t i o np a n i c l cs i ∞锄dl o wl i b e r a I i o n 出；g r e c ，∞i t w 舔h a r dt 0s c l 脚a n dD c c o v 优T h e 邮e s sn o wo f 跚l f i l l Ⅻ聊髑s c db u l l 【n o 雠∞o f I e a da n dz i n cm i 】【e d c o n c e n t m t e Ⅵ懈a p p l i e d ，锄dt h em i x e dc o 掷ec o n c 髓t r a t ew a sr e g r o l l l l di nt l l ec l o s e d - c 硫u i tc n u l a t i o n c o m p o s e do f V e r I i c a ls c r e w s t i r r i n gI I l i Ua n dh y d r o c y c l 伽e ．m 鲥n d i n gn 姗e s s 胤曲e d9 4 ．9 1 ％o f - 4 5p m ， 能实现上都具有一定的先进性，与传统的采用G E 参考文献 Q u a d r a m a t i c 驱动系统的双驱磨机相比具有以下优【l 】张文趣矿山大型双驹不齿磨机高 破频驱动系统设计【J 】． 点无需配置空气离合器，缩减了维护时间和成本；煤矿机电，2 0 1 9 ，4 0 1 2 3 2 6 ． 磨机转速可调，提升了粉磨效益；双驱负载平衡功 【2 】于小环，简满晦，王全福’等双驱磨机低压电气控制系统 氅擘尘三翌竺喜篓璧的黧0 要塑兰翌能黧吲晶驴戮黼氛淼系统中的应脚．南钢 了大小齿之间的反复趟。通过实际运行证明，变频 ⋯’菘着磊蕊X ”～”1 ⋯””～”⋯“”” 调速双驱同步磨机电控系统具有节能减耗、运行稳 【4 】钱利宏，赵紫辉，赵晓燕．I G c T 懒其翰醋性测勋法 定、易于维护和安全可靠的特性，为用户大大缩减了 【J 】．电子测试，2 0 2 0 1 1 0 6 - 1 0 7 ． 维护时间和成本。【5 】曹然，焦越，肖江鹏．浅谈A c s 6 0 0 0 传动系统在热轧线 在南美厄瓜多尔米拉多铜矿厂项目的成功应用， 方面的应用们．南方农机，2 0 1 8 ，4 9 9 1 8 3 ． 标志着中信重工机械股份有限公司在特大型、重载磨 【6 】高} 蠊，王希娟，朱建峰，等智能M C c 在大磐醐L 控制系 銎曾墅二型望塑型王重查竺罂 田黧慧苎 m 翥嚣置翼。燃’三裔菇黼翥盆黝设 更具有市场竞争力和影响力，为国产矿用磨机装备技 ”1 再善；刍而．- 鬣。苗葫蔷盖吴≤茹- 茗”“”“ 术的进一步发展提供了宝贵经验。 收j 瞒日期2 0 2 00 40 3 万方数据