基于熱軋生產(chǎn)線的加熱爐風(fēng)機(jī)變頻控制改造的研究

趙常操

（河鋼集團(tuán)承鋼分公司自動(dòng)化中心，河北 承德 067002）

眾所周知，在鋼鐵企業(yè)，加熱爐是用能大戶，消耗煤氣，產(chǎn)生熱量來對(duì)板坯加熱，達(dá)到工藝要求。那么，加熱爐鼓風(fēng)機(jī)的控制也對(duì)加熱爐的整體能源的消耗和成本控制起著至關(guān)重要的作用。

加熱爐鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)作為加熱爐輔助設(shè)備，啟動(dòng)方面，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)選擇高壓直接啟動(dòng)，但隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的變化，成本要求的嚴(yán)格，機(jī)時(shí)產(chǎn)量的不斷增加，這樣存在著一些缺點(diǎn)就顯現(xiàn)出來，如啟動(dòng)方式易對(duì)設(shè)備造成致命的損壞和影響，能源消耗高，不易精細(xì)控制等問題，一直困擾著鋼鐵企業(yè)。

本文對(duì)某熱軋卷板生產(chǎn)線加熱爐鼓風(fēng)機(jī)的控制方式，人機(jī)交互界面等就行了優(yōu)化，效果顯著。

1 控制原理

1.1 單臺(tái)風(fēng)機(jī)啟停控制原理

加熱爐的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)分兩種情況，第一種為使用變頻啟動(dòng)，另一種是工頻啟動(dòng)。其具體的啟動(dòng)方式如下。

變頻啟動(dòng)畫面操作時(shí)，由畫面先合高壓開關(guān)，再啟動(dòng)變頻器啟動(dòng)電機(jī)。變頻啟動(dòng)機(jī)旁操作時(shí)，由畫面先合高壓開關(guān)，再在現(xiàn)場(chǎng)操作箱啟動(dòng)變頻器啟動(dòng)電機(jī)。工頻啟動(dòng)畫面操作時(shí)，由畫面直接合高壓開關(guān)啟動(dòng)電機(jī)。工頻啟動(dòng)機(jī)旁操作時(shí)，由現(xiàn)場(chǎng)合高壓開關(guān)直接啟動(dòng)電機(jī)。在工頻啟動(dòng)時(shí)需要和助燃風(fēng)機(jī)的出口和入口閥進(jìn)行連鎖啟動(dòng)。在變頻啟動(dòng)時(shí)，需要給變頻器運(yùn)行頻率。

1.2 三臺(tái)風(fēng)機(jī)啟停控制原理

1780三座加熱爐基本都是使用2座加熱爐進(jìn)行生產(chǎn)，另一臺(tái)處于檢修狀態(tài)，這樣兩座加熱爐可以使用3臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量的給定。此種運(yùn)行方式既滿足生產(chǎn)的需要，同時(shí)也是對(duì)啟動(dòng)和能源優(yōu)化使用。這就需要增加變頻風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制。三臺(tái)風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制時(shí)，根據(jù)使用中的2座加熱爐的爐壓進(jìn)行風(fēng)機(jī)給風(fēng)量的控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)的布置，確定主要的調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)。

圖1 三座加熱爐的布置圖

如圖1所示：在使用1、2號(hào)爐時(shí)，1#爐1#風(fēng)機(jī)和2#爐1#風(fēng)機(jī)滿速運(yùn)行，調(diào)節(jié)3#爐1#風(fēng)機(jī)。在使用2、3號(hào)爐時(shí)，2#爐1#風(fēng)機(jī)和3#爐1#風(fēng)機(jī)滿速運(yùn)行，調(diào)節(jié)1#爐1#風(fēng)機(jī)。在使用1、3號(hào)爐時(shí)，1#爐1#風(fēng)機(jī)和3#爐1#風(fēng)機(jī)滿速運(yùn)行，調(diào)節(jié)2#爐1#風(fēng)機(jī)。經(jīng)過控制方式的優(yōu)化和調(diào)整，如果單個(gè)加熱爐生產(chǎn)，在一臺(tái)風(fēng)機(jī)滿足不了生產(chǎn)要求時(shí)，可以把每個(gè)加熱爐的2#風(fēng)機(jī)按初始設(shè)計(jì)時(shí)的使用運(yùn)行，再根據(jù)爐內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)1#風(fēng)機(jī)。如果兩個(gè)加熱爐生產(chǎn)時(shí)可以使用三臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，既能滿足生產(chǎn)的要求，又能極大的節(jié)約能源。

2 操作方式

工頻控制時(shí)，需要在變頻器旁進(jìn)行倒閘操作，把開關(guān)倒閘在工頻控制位置，這個(gè)操作由電氣人員完成。畫面操作時(shí)，畫面需要顯示遠(yuǎn)程（就是電機(jī)旁的現(xiàn)場(chǎng)操作箱在遠(yuǎn)程狀態(tài)），HMI中的3處兩個(gè)按鈕，操作對(duì)象為高壓開關(guān)。對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟停操作。電機(jī)旁操作時(shí)，HMI中需要顯示本地（就是電機(jī)旁的現(xiàn)場(chǎng)操作箱在本地狀態(tài)），在電機(jī)旁的操作箱上啟動(dòng)電機(jī)按鈕。這種操作方式是原設(shè)計(jì)控制方式，啟動(dòng)時(shí)需要出口、入口閥關(guān)到位，才能啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。

變頻控制時(shí)，需要在變頻器旁進(jìn)行倒閘操作，把開關(guān)倒閘在變頻控制位置，這個(gè)操作由電氣人員完成。HMI中的4處，合閘、分閘操作高壓開關(guān)，啟動(dòng)、停止操作變頻器。畫面操作時(shí)HMI中的1和2都需要顯示為遠(yuǎn)程（電機(jī)旁操作箱在遠(yuǎn)程狀態(tài)，變頻器在遠(yuǎn)程），啟動(dòng)時(shí)，先在畫面進(jìn)行合閘，高壓開關(guān)合閘后才能操作變頻器的啟動(dòng)，再手動(dòng)打開出口、入口閥的開度到最大，調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率控制轉(zhuǎn)速，這樣就能滿足生產(chǎn)的需要。只有先對(duì)高壓開關(guān)進(jìn)行合閘后才能操作變頻器，風(fēng)機(jī)運(yùn)行后，不能對(duì)高壓開關(guān)進(jìn)行分閘操作，只有先操作停止，風(fēng)機(jī)停止后才能對(duì)高壓開關(guān)進(jìn)行操作。電機(jī)旁操作時(shí)，HMI中的1顯示為本地，2顯示為遠(yuǎn)程（電機(jī)旁操作箱在本地狀態(tài)，變頻器在遠(yuǎn)程）。此時(shí)的操作只能對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)和停止操作。此時(shí)高壓開關(guān)必須在合閘狀態(tài)，否則不能進(jìn)行操作。

3 硬件連接

原設(shè)計(jì)中電機(jī)電纜由高壓開關(guān)直接到電機(jī)，現(xiàn)在改成由高壓開關(guān)到變頻器的轉(zhuǎn)換開關(guān)，再由變頻器到電機(jī)。

每臺(tái)變頻器都在加熱爐MCC01送出一個(gè)380V的控制電源，位置在MCC01-2的380輸出電源柜里。

每臺(tái)變頻器有一個(gè)工頻和變頻信號(hào)，由變頻器到相應(yīng)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作箱（現(xiàn)場(chǎng)的ET200站），接線在端子XT02：5（電源正），6（信號(hào)）。輸入點(diǎn)分別為一號(hào)爐I24.5，二號(hào)爐I32.5，三號(hào)爐I48.5，變頻啟動(dòng)時(shí)為0，工頻啟動(dòng)時(shí)為1。

通訊電纜采用光纖連接，由一號(hào)爐變頻風(fēng)機(jī)到公輔PLC4柜，在公輔PLC4柜內(nèi)增加一個(gè)光纖轉(zhuǎn)換PROFIBUS-DP網(wǎng)的OLM。每臺(tái)變頻器的光纖由OLM轉(zhuǎn)換成PROFIBUS-DP網(wǎng)以后，由MODBUS轉(zhuǎn)換成RS485連接變頻器。

按鈕側(cè)導(dǎo)板將快速打開（速度及行程以安全為準(zhǔn)）。

4 編寫程序

4.1 硬件組態(tài)

由于變頻器需要和PLC4連接，PLC4是西門子S7-400控制，這就需要使用和西門子通訊的GSD文件。根據(jù)MODBUS的主從關(guān)系確定需要安裝的GSD文件，DS_MMV33.GSD為主站文件，DS_MSV33.GSD為主從站文件。此工程中的MODBUS針對(duì)變頻器來說為主站，針對(duì)DP網(wǎng)來說是從站。所以選用的GSD文件為DS_MMV33.GSD。

設(shè)置從站參數(shù)：

根據(jù)合康變頻器的通訊連接說明選用輸入36個(gè)字和輸出2個(gè)字的控制，兩個(gè)單線圈位，分別為啟動(dòng)線圈和停止線圈，組態(tài)一個(gè)狀態(tài)字，一個(gè)控制字。

配置完成后，雙擊組態(tài)的從站。對(duì)PLC4和變頻器的通訊進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置通訊的波特率、校驗(yàn)位、從站狀態(tài)檢測(cè)、等待時(shí)間。

設(shè)置地址：

主要設(shè)置從站的MODBUS站地址，從站地址可以設(shè)置為0～31中數(shù)，就是說可以組態(tài)32個(gè)從站。在此處一號(hào)爐1#助燃風(fēng)機(jī)設(shè)置為29，二號(hào)爐1#助燃風(fēng)機(jī)設(shè)置為30，三號(hào)爐1#助燃風(fēng)機(jī)設(shè)置為31。起始地址為PLC讀取變頻器的起始地址。根據(jù)合康變頻器使用手冊(cè)上的介紹，寄存器地址由40001向上疊加。按照這個(gè)說法，根據(jù)說明PLC的起始地址對(duì)應(yīng)欄，此處的地址應(yīng)該設(shè)置成549，但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)根本就不能實(shí)現(xiàn)通訊。通過仔細(xì)的分析和研究后發(fā)現(xiàn)，此處應(yīng)設(shè)置成547。那么說明書中有錯(cuò)誤，我們?cè)谄渌脑O(shè)置中發(fā)現(xiàn)，寄存器地址由40001向下相減。同樣的設(shè)置6、7、8槽的WRITE 2WORD(4XXX)和force single bit(05H command)的從站地址和起始地址。

[1]張承慧,崔納新,李珂.交流電機(jī)變頻調(diào)速及其應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

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