6炉热风炉放风阀电动控制改造剖析Word文档格式.docx

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炼铁厂6#高炉冷风放风阀采用的是人工按钮控制加减风方式，即工程师站操作台上有加风按钮和减风按钮。

加风时按下加风按钮开始加风，松开按钮加风结束；

减风时按下减风按钮开始减风，松开按钮减风结束。

电气控制部分，加风采用变频器控制，减风采用接触器控制。

1.3炼铁厂6#炉冷风放风阀电动控制不足之处

控制的一切目的都是为了服务生产，所以控制方式的简单、合理是设计的首要前提。

了解6#高炉生产实际，发现冷风放风阀控制系统存在如下问题:

（1）6#炉加风时加风范围窄，通常为10~20m³

左右，结合冷风风速及阀门开度，实际加风时间在1秒钟左右，有时甚至不到1秒。

在如此短的时间内手动按钮加风，实际加风量难以控制，时常出现实际加风量是理论加风量的2~4倍，对生产造成不利影响。

（2）变频器作为一种高端设备应用在冷风放风阀的控制部分，应该要发挥其高端作用。

然而6#炉冷风放风阀变频器只在加风时使用，减风却用的是接触器，变频器没有起到它应有的作用，造成很大的资源浪费。

而且这种控制相当于使用了两套控制，设计太过繁琐，故障排除难度在一定程度上也会加大，属于炼铁厂设计不合理、急需改造的设备之一。

2三菱变频器简介

2.1变频器简介

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。

[2]任何电动机的电磁转矩都是电流和磁通相互作用的结果，电流是不允许超过额定值的，否则将引起电动机的发热。

因此，如果磁通减小，电磁转矩也必减小，导致带载能力降低。

　由公式E=4.44*K*F*N*Φ可以看出，在变频调速时，电动机的磁路随着运行频率F是在相当大的范围内变化，它极容易使电动机的磁路严重饱和，导致励磁电流的波形严重畸变，产生峰值很高的尖峰电流。

[3]因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。

这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。

2.2变频器工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

2.3变频器的作用

　　变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。

变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。

变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。

[4]变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。

根据全球著名变频器生产企业ABB的测算，单单该集团全球范围内已经生产并且安装的变频器每年就能够节省1150亿千瓦时电力，相应减少9,700万吨二氧化碳排放，这已经超过芬兰一年的二氧化碳排放量。

2.4变频器的组成

变频器通常分为4部分：

整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。

（1）整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。

（2）高容量电容存储转换后的电能。

（3）逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

（4）控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

2.5三菱变频器简介

作为引领全球市场的机电产品综合供应商，三菱电机在中国的FA事业随着中国经济的蓬勃发展蒸蒸日上。

从社会基础设施建设领域到半导体制造等高科技产业，从现场控制到远程监控，三菱电机FA技术为创造更快生产效率和更高生产力提供强大的支持。

　　三菱变频器是世界知名的变频器之一，由三菱电机株式会社生产，在世界各地占有率比较高。

三菱变频器目前在市场上用量最多的就是A500系列，以及E500系列了，A500系列为通用型变频器，适合高启动转矩和高动态响应场合的使用。

[5]而E500系列则适合功能要求简单，对动态性能要求较低的场合使用，且价格较有优势。

3硬件设计

本设计采用目前国外知名品牌三菱公司的FR-A540-3.7K-CH变频器，同时配备其他外围备件，接配出一个美观、标准、合理的控制系统盘。

3.1硬件接线图

本设计是基于阀门类开关控制，所以必须考虑阀位是否开到位或者关到位，故设计中需使用限位控制。

本文中我们选用阀门电动执行机构（电装头）内部自带的开、关限位，即LSO和LSC。

限位控制图见图3所示：

图3放风阀限位控制接线图

加风时如果放风阀开到位，限位LSO就会到位闭合，开到位继电器KA5得电吸合，同时开到位继电器KA5的常闭触点点开，隔断加风支路。

此时，继续按下加风按钮SB2，加风继电器也不会得电吸合，变频器无法继续接受加风信号。

从而起到放风阀开到位限位保护作用。

减风时如果放风阀关到位，限位LSC就会到位闭合，关到位继电器KA4得电吸合，同时关到位继电器KA4的常闭触点断开，隔断减风支路。

此时，继续按下减风按钮SB1，减风继电器也不会得电吸合，变频器无法继续接受减风信号。

从而起到放风阀关到位限位保护作用。

结合生产实际，避免出现变频器故障影响生产，特在本系统中增加手动按钮复位操作。

复位按钮标号SB3，复位继电器KA3。

加减风按钮控制及限位保护接线图见图4所示：

图4加减风按钮控制及限位保护接线图

加减风按钮信号及按钮复位信号最终是通过加减风继电器及复位继电器的常开触点送进变频器内部，控制变频器的输出，从而达到我们所需要的控制目的。

同时，根据我们设计所要达到的目的和控制方式的选择，变频器需要外接线路的端子有STR、RH、CS、SD、JOG、RES、STF、RM等，具体外接接线图见图5所示，端子名称及使用方法见表二所示：

图5变频器控制端子接线方式图

在组建完成以上各分控制系统后，系统完整的接线图如图6所示

图6冷风放风阀电动控制接线图

3.2主回路端口说明

端子记号

端子名称

说明

R,S,T

交流电源输

连接工频电源。

U,V,W

变频器输

接三相鼠笼电机。

R1,S1

控制回路电源

与交流电源端子R,S连接

表一主回路端口说明

3.3控制回路端子说明[6]

STF

正转启动

STF信号处于ON便正转，处于OFF便停止。

STR

反转启动

STR信号ON为逆转，OFF为停止。

RH，RM

多段速度选择

用RH,RM信号的组合可以选择多段速度。

JOG

点动模式选择

JOG信号ON时选择点动运行（出厂设定）。

用启动信号（STF和STR）

可以点动运行。

CS

瞬停电再启动选择

CS信号预先处于ON，瞬时停电再恢复时变频器便可自动启动。

但用这种运行必须设定有关参数，因为出厂时设定为不能再启动。

SD

公共输入端子（漏型）

接点输入端子和FM端子的公共端。

直流24V,0.1A（PC端子）电源的输出公共端.

RES

复位

用于解除保护回路动作的保持状态。

使端子RES信号处于ON在0.1秒以上,然后断开。

表二控制回路端子说明

3.4元器件明细

序号

元件名称

数量

规格型号

1

变频器

1台

三菱FR-A540-3.7K-CH，额定输入三相380V，50~60HZ

2

断路器

一台

天水长城开关厂，D45-16A

3

按钮开关

2个

ADA-22PD-1AB/RAC220V

4

继电器

MY2NJAC220V

5

电机

Z45-36W，额定电压AC380V，额定电流4.4A额定功率2.2KW，转速1440r/min

表三元器件明细

3.4元器件作用

元件

作用

SB1

减风按钮

SB2

加风按钮

SB3

复位按钮

KA1

减风继电器（及常开点）

KA2

加风继电器（及常开点）

KA3

复位继电器（及常开点）

表四元器件作用

3.5电缆线明细

名称

长度

动力电缆

YZ3*2.5mm2

250米

控制回路电缆

KVVR-450/750V7*1.5mm2

表五电缆线明细

4软件设计

根据变频器和电机型号，以及选择的控制方式，需要设置相关参数才能保证该控制系统可靠运行，参数列表如下：

参数名称

参数号及设定值

转矩提升

Pr.0=4

点动加减速时间

Pr.16=0.5

上限频率

Pr.1=60

高速上限频率

Pr.18

下限频率

Pr.2=20

瞬停再启动自由运行时间

Pr.57=0.5

基底频率

Pr.3=50

适用电机

Pr.71=17

多段速度设定（高速）

Pr.4=50

复位选择

Pr.75=14

多段速度设定（中速）

Pr.5=30

操作模式选择

Pr.79=3

加速时间

Pr.7=0.5

电机容量

Pr.80=9999

减速时间

Pr.8=0

电机极数

Pr.81=9999

电子过电流保护

Pr.9=4.8

电机额定电压

Pr.83=400

启动频率

Pr.13=0.5

电机额定频率

Pr.84=50

适用负荷选择

Pr.14=0

速度控制增益

Pr.89=100

点动频率

Pr.15=30

表六变频器参数设置

5可行性试验

时间:

2011年5月5日下午

地点：

5#6#炉1楼电磁站试验台

试验人员：

禅思逾、李平

接线图：

如图6所示

参数设置：

如表六所示

实验步骤：

（1）按照接线图接好控制回路和主回路；

（2）接通断路器QK，给变频器上电；

（3）点动按钮SB1，观察电机旋转速度和方向；

（4）点动按钮SB2，观察电机旋转速度和方向；

（5）通电试验完成，断开断路器，拆除各连接线。

实验现象：

（1）按下按钮SB1，电机逆时针缓慢转动；

松开按钮SB1，电机立刻停止转动。

（2）按下按钮SB2，电机顺时针快速转动；

松开按钮SB2，电机立刻停止转动。

试验分析：

通过控制SB1和SB2可以控制电机的装反转，同时控制正转和反转时所需要的不同的速度。

实验结果：

该系统运行可靠、正确，可以在冷风放风阀上使用。

参考文献：

1.中华人民共和国工业和信息化部，中华人民共和国黑色冶金行业标准（报批稿）.YB/T0814—2009.

2.孙锦全.变频器与PLC应用技术基本功，人民邮电出版社.1010.08.

3.何超.交流变频调速技术.北京：

北京航空航天出版社，1006.1-65.

4.陈伯时，陈敏逊。

交流调速系统.北京：

机械工业出版社，1998.5-3.

5.李琳，沙林秀，张奇志.给予单片机的三菱变频器开发应用.西安石油大学，2006.04

6.三菱变频调速器FR-A500使用手.IB（NA）-66851-C