變頻器在油頁巖干餾工藝單爐傳動裝置中的應用

崔向群

摘要：在現(xiàn)代企業(yè)里，使用變頻器控制電機的運行頻率和運用現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP組成的工業(yè)控制網絡，實現(xiàn)了控制級到現(xiàn)場級通訊的一致，達到了生產的要求。

關鍵詞：變頻器；油頁巖；干餾工藝；單爐傳動裝置

中圖分類號：TE662 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0046-02

近年來，隨著全球石油需求的不斷上升，國際油價持續(xù)走高，全球石油儲量日益減少，使得世界各國都在積極尋找石油的替代資源。因此油頁巖干餾工藝生產頁巖油的技術得到了飛速的發(fā)展。

油頁巖又稱油母頁巖，是一種有機礦物的礦石，主要是由藻類等低級浮游生物，經腐化作用和煤化作用而生產的，屬于固體可燃礦物，發(fā)熱量較低，含油量高。我國油頁巖儲量豐富，總探明儲量為7199億噸，居世界第四位。

1 油頁巖干餾工藝

油頁巖經破碎、篩分后，粒徑為8～75mm的產品頁巖進入干餾爐內，在干餾爐上部的干餾段進行干燥、預熱和干餾，頁巖油被熱解出來，干餾后的頁巖半焦進入干餾爐下部的發(fā)生段，與飽和度75℃～85℃的主風發(fā)生氧化、還原反應，產生瓦斯，并釋放出大量的熱量。半焦通過氧化層氧化成為頁巖灰，并落入灰皿中，被冷卻至70℃左右。最后頁巖灰借灰皿的旋轉而連續(xù)被排灰裝置排出爐外。干餾爐出口的頁巖油氣被送往頁巖油回收裝置。

2 干餾爐單爐排灰裝置的構成

干餾爐單爐排灰裝置由排灰器、風頭、灰皿及鐵楸四部分組成，安裝在爐底爐盤之上。風頭安裝在排灰器中心，是錐形體。灰皿周邊由六塊鑄鐵板并成，底部為排灰器。鐵楸固定在爐壁的鐵板上，與爐底成45°角安裝在爐的兩側。當傳動機械帶動灰皿轉動時，隨著排灰器翅片的慢慢回轉，頁巖灰即從爐內撥至灰皿的邊緣，通過鐵楸排出爐外。

灰皿的傳動機械由蝸輪、蝸桿組成，每爐一套，十臺爐為一組，分別由兩側的電動機及減速機帶動。

3 干餾爐單爐排灰裝置傳動系統(tǒng)的改造

在生產中，原有的排灰機械傳動裝置存在著許多問題和故障隱患：（1）在生產期間，生產人員要頻繁調節(jié)每臺干餾爐的排灰速度，調節(jié)方法比較繁瑣；（2）一旦電動機、減速機及傳動主軸出現(xiàn)問題，將影響十臺干餾爐的正常運行。所以，對原有的排灰機械傳動裝置的改造勢在

必行。

干餾爐排灰裝置驅動部分改造后的功能：（1）要實現(xiàn)單臺電機控制單臺干餾爐的排灰裝置；（2）要實現(xiàn)就地控制和遠程控制兩種控制模式；（3）要實現(xiàn)電機工作頻率（10～100Hz）可調整。

干餾爐排灰裝置驅動部分改進方法：（1）將原一臺35kW電機通過減速機驅動傳動主軸帶動排灰裝置改進為單臺4kW電機通過減速機直接帶動排灰裝置；（2）采用變頻器控制單臺電機的運行頻率；（3）采用現(xiàn)場總線方式實現(xiàn)上位機遠程控制。

4 干餾爐排灰裝置傳動系統(tǒng)控制思路

十臺干餾爐的底部排灰裝置改為一控一方式，即每臺干餾塔使用獨立的電機來拖動排灰器。電機采用變頻器調速，使轉速根據(jù)爐內的實際工況來實時調節(jié)。變頻器的控制采用現(xiàn)場總線（PROFIBUS-DP）控制與現(xiàn)場操作相結合的方式。即正常工作時，由控制器（PLC）根據(jù)爐內工況遠程調節(jié)電機轉速，如有必要也可通過現(xiàn)場的轉換開關切到就地操作，實現(xiàn)手動調節(jié)。

4.1 變頻器的選擇

變頻器使用Vacon NX系列高性能變頻器。

Vacon NX功率范圍為0.25～560kW，適用于工業(yè)工程領域，是一種功能強大并且結構緊湊的交流驅動器。節(jié)省空間的書本式設計、高防護等級、靈活的控制和編程能力，使其成為幾乎所有使用環(huán)境下的最佳解決方案。

該系列產品均配備RFI（射頻干擾）過濾器和制動斬波器。標準配置系統(tǒng)能適合工業(yè)在內的幾乎所有應用場合。內置的交流電抗器是保護變頻器免受過電壓峰值影響并降低變壓器、電纜及保險絲壓力的最有效手段。

4.2 PROFIBUS介紹

現(xiàn)場總線PROFIBUS能夠滿足生產過程中現(xiàn)場級數(shù)據(jù)的可存取性。一方面它滿足了傳感器/執(zhí)行器領域的通信需求，另一方面又具有單元級領域的所有網絡通信功能。PROFIBUS-DP是一種高速（數(shù)據(jù)傳輸速率

9.6kbps/s～12Mbps/s）、經濟的設備級網絡，主要用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調速系統(tǒng)快速響應的時間要求。PROFIBUS-DP的實時性遠高于其他局域網，因而特別適用于工業(yè)現(xiàn)場。為滿足今后用戶可能提出的要求，故開發(fā)通過PROFIBUSDP實現(xiàn)S7-300PLC與Vacon NX系列變頻器的通訊。

5 干餾爐排灰裝置傳動系統(tǒng)自動化實施方案

圖1

本方案主站設備采用西門子S7-300型PLC，從站設備采用裝載PROFIBUS-DP通訊模塊的變頻器。Vacon NX變頻器通過現(xiàn)場總線通訊模塊與西門子PLC進行PROFIBUS-DP連接，這樣可以實現(xiàn)從主站設備對變頻器進行控制、監(jiān)測和

編程。

控制方案流程圖如圖1所示。

6 改造后實現(xiàn)的功能

（1）通過PROFIBUS-DP通訊把電機的運行情況實時地反映到上位機上，讓操作員及時地了解現(xiàn)場生產的

情況。

（2）根據(jù)爐內工況可以與變頻器實現(xiàn)聯(lián)動的關系，根據(jù)爐內隨時變化的工況，實時調節(jié)電機轉速，滿足工藝

要求。

（3）可以根據(jù)現(xiàn)場情況的要求實現(xiàn)遠程就地的自由切換，滿足不同的工況和操作要求。