西門子G120變頻器在干熄焦裝入裝置中的應(yīng)用

吉 沖，羅永媛

（西安華江環(huán)保科技股份有限公司，陜西西安 710015）

0 引言

干法熄焦，簡(jiǎn)稱干熄焦，是相對(duì)于濕法熄焦而言的，是指將焦?fàn)t中所產(chǎn)的熾熱焦炭從干熄爐頂部裝入，熾熱紅焦在干熄爐內(nèi)部與惰性氣體進(jìn)行熱交換而將熾熱紅焦冷卻熄滅的一種工藝。裝入裝置位于干熄爐頂部的平臺(tái)上，裝入裝置電動(dòng)缸通過驅(qū)動(dòng)裝置牽引設(shè)置在臺(tái)車上的爐蓋和裝焦料斗沿軌道行走，順序打開爐蓋，將裝焦料斗對(duì)準(zhǔn)干熄爐口，或?qū)⒘隙芬崎_干熄爐口，關(guān)閉爐蓋[1]。熾熱的紅焦遇到空氣中的氧氣后會(huì)迅速燃燒，降低焦炭質(zhì)量，且焦炭的燃燒會(huì)對(duì)大氣造成污染。因此，干熄爐爐蓋的打開和關(guān)閉時(shí)間須控制在足夠短的時(shí)間內(nèi)，盡量減少紅焦在裝入干熄爐期間的燃燒。裝入裝置重量大、慣性大，因此裝入裝置在打開和關(guān)閉的單程運(yùn)行中不能以恒定的速度運(yùn)行，而需要低速啟動(dòng)、高速運(yùn)行、低速停車。

1 裝入裝置工作原理

裝入裝置通過電動(dòng)缸的伸、縮在軌道上移動(dòng)，變頻器控制的三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)缸內(nèi)的絲杠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸的伸、縮，電動(dòng)缸內(nèi)部的絲杠與若干旋轉(zhuǎn)凸輪限位片同軸連接。裝入裝置在打開或關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)凸輪限位均處于低速位置，從關(guān)閉狀態(tài)到打開狀態(tài)的運(yùn)行過程：變頻器接收到“打開”命令后，電動(dòng)缸內(nèi)的電磁抱閘打開，此時(shí)旋轉(zhuǎn)凸輪在低速位置，變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)開始低速、正向旋轉(zhuǎn)，隨著電動(dòng)缸內(nèi)部絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，與其同軸連接的旋轉(zhuǎn)凸輪離開低速位置，變頻器檢測(cè)到低速位信號(hào)斷開后便控制電機(jī)高速正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)凸輪再一次旋轉(zhuǎn)至低速位置時(shí)向變頻器發(fā)出減速信號(hào)，變頻器控制著電機(jī)減至低速、正向旋轉(zhuǎn)，待另一片旋轉(zhuǎn)凸輪旋轉(zhuǎn)至關(guān)限位時(shí)變頻器控制電機(jī)停車，延時(shí)2 s后關(guān)閉電磁抱閘，防止裝入裝置因慣性太大而滑行。裝入裝置從打開狀態(tài)至關(guān)閉狀態(tài)的運(yùn)行過程與上述過程相反，裝入裝置運(yùn)行動(dòng)作曲線如圖1所示。根據(jù)裝入裝置動(dòng)作曲線圖，配套電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行過程如圖2所示。

2 裝入裝置電氣控制系統(tǒng)組成

圖1 裝入裝置動(dòng)作曲線

圖2 裝入裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

裝入裝置電氣控制系統(tǒng)包括變頻器控制柜、機(jī)旁操作箱。變頻器控制柜安裝于低壓配電室，由變頻器、斷路器、接觸器和繼電器等元器件組成。操作箱安裝于裝入裝置旁邊，由轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕和指示燈等元器件組成。裝入裝置電動(dòng)缸接線盒內(nèi)有4片同軸連接的旋轉(zhuǎn)凸輪限位，分別命名為開限位、低速位、高速位、關(guān)限位。4片旋轉(zhuǎn)凸輪與電動(dòng)缸內(nèi)部絲杠同軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)凸輪轉(zhuǎn)至低速位時(shí)電機(jī)啟動(dòng)并以低速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)凸輪離開低速位時(shí)電機(jī)開始高速運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)凸輪再次旋轉(zhuǎn)至低速位時(shí)電機(jī)再次低速運(yùn)行，另一片旋轉(zhuǎn)凸輪旋轉(zhuǎn)至關(guān)限位時(shí)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)缸內(nèi)部有一電磁抱閘裝置，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中電磁抱閘打開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后電磁抱閘閉合，保證裝入裝置不因慣性而發(fā)生移動(dòng)。

3 裝入裝置變頻器

根據(jù)干熄焦裝入裝置的控制要求和該裝置的重要性，選用西門子G120系列變頻器。西門子G120變頻器功率范圍（37～90）kW，標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)包括功率模塊、控制單元和操作面板等，都是完全獨(dú)立的單元，支持帶電熱插拔，通信功能內(nèi)置。該裝置采用外部端子方式控制變頻器運(yùn)行。西門子G120外部回路接線端功能：數(shù)字量輸入端共10個(gè)，端子5～8，16～17，40～42分別和公共端9號(hào)端子組成了9組常開觸點(diǎn)，可自由編程。在此，將5號(hào)端子定義為“正轉(zhuǎn)啟動(dòng)”，6號(hào)端子定義為“反轉(zhuǎn)啟動(dòng)”，7號(hào)端子定義為“故障復(fù)位”，16號(hào)端子定義為“固定轉(zhuǎn)速1”，17號(hào)端子定義為“固定轉(zhuǎn)速 2”。數(shù)字量輸出端中，20號(hào)端子與 19，18號(hào)端子分別組成一組常開/常閉觸點(diǎn)，22號(hào)端子與21號(hào)端子組成一組常開觸點(diǎn)，25號(hào)端子與24、23號(hào)端子分別組成一組常開/常閉觸點(diǎn)。在此，將20，19號(hào)端子定義為“變頻故障”；22，21號(hào)端子定義為“抱閘輸出”；25，24號(hào)端子定義為“就緒”，與主接觸器相關(guān)聯(lián)，變頻器上電后“就緒”端便有效。外部電源接線端子為31，32，需要一路DC 24 V電源。變頻器外部電氣接線原理如圖3所示。

根據(jù)裝入裝置電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行要求定義變頻器I/O端子為：KA1-正轉(zhuǎn)、KA2-反轉(zhuǎn)、KA4-速度 1、KA5-速度 2、KA6-故障輸出、KA7-抱閘輸出、KA8-變頻器就緒。變頻器狀態(tài)與中間繼電器邏輯組合見表1。

圖3 變頻器外部接線圖

圖4 變頻器控制原理

4 裝入裝置電氣控制原理

根據(jù)變頻器狀態(tài)與外部控制繼電器動(dòng)作邏輯對(duì)應(yīng)表，對(duì)應(yīng)的電氣控制柜原理、現(xiàn)場(chǎng)操作箱原理見圖4、圖5。

5 裝入裝置運(yùn)行過程調(diào)試

檢查線路無誤后，把裝入裝置電動(dòng)缸通過手動(dòng)搖桿搖至總行程的中間位置，電氣控制柜上電，通過STARTER軟件下載相應(yīng)的程序至變頻器控制單元，根據(jù)工藝要求調(diào)整好裝入裝置運(yùn)行時(shí)所需的位置，固定好4片旋轉(zhuǎn)凸輪限位，電氣控制線路調(diào)試完成后點(diǎn)動(dòng)試運(yùn)行，試運(yùn)行完成后計(jì)時(shí)裝入裝置單向行程所需的時(shí)間，調(diào)整變頻器輸出轉(zhuǎn)速，直至單向行程時(shí)間＜12 s。反復(fù)開、關(guān)5次確認(rèn)無誤后填寫報(bào)告交付使用。

表1 變頻器狀態(tài)與外部控制繼電器動(dòng)作邏輯對(duì)應(yīng)表

圖5 機(jī)旁操作箱原理

6 結(jié)語

通過對(duì)西門子G120系列變頻器電氣控制系統(tǒng)在干熄焦裝入裝置中的應(yīng)用，為其他的類似裝置的設(shè)計(jì)提供一些借鑒之處，也為干熄焦的生產(chǎn)維護(hù)人員提供一定的幫助。