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浅谈焦炉煤气鼓风机高压变频调速控制系统的设计 |
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作者：杜新宇 |
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摘要：本文对焦炉煤气加压控制系统进行了分析，在焦炉煤气加压机控制系统中运用变频调速技术对其进行改造，从而实现煤气加压机运转的自动调节，有效的稳定了焦炉煤气母管压力，保证安全运行，并且达到节约能源的效果。解决了两台鼓风机并列运行，靠调节回流阀无法实现压力恒定这个始终困扰焦炉生产的困难。
关键词：焦炉煤气鼓风机、高压变频器、压力PID闭环控制、鼓风机无扰切换
一、前言
天铁冶金团体有限公司焦化厂现有58型焦炉两座和JN43-80型焦炉一座，以及配套的备煤、煤气；净化、辅助化工原料回收、污水处理等一套完善的生产系统，年产焦炭112万吨，焦炉煤气5亿立方米，焦油45000吨，粗苯13000吨，硫酸铵15000吨，以及日处理污水2400吨的能力。
随着焦炭产量进步，煤气收集压力增大，原抽气鼓风机一运两备的运行方式在夏季高温天气情况下已不能满足生产要求，主要原因是煤气压力增大、温度增高，若不能及时排出将可能发生爆炸。焦炉生产工艺中，集气管煤气压力的控制效果将直接影响焦炉的生产。假如炉内压力过高，会导致焦炉冒黑烟，煤气外泄，严重污染环境，给现场工人的工作和健康造成极大影响和危害；假如炉内压力过低，炭化室将出现负压操纵，会吸进大量空气，浪费大量的煤气，严重影响焦炭和煤气的产量和质量，并且长期负压操纵将会影响焦炉的正常生产及寿命。
假如要鼓风机实施两运一备运行方式，通过调整回流阀（也称小循环阀）的开度来调节煤气总管压力，由于鼓风机前后压差较大，使得调节阀稍微动作，总管压力就会发生剧烈波动，超过工艺容许范围。因此会引起回炉煤气压力及外网用户煤气量均发生剧变，造成焦炉煤气量不足或外网用户不能正常生产，并且煤气回流造成能量浪费。通过多方调研，焦化厂的技术职员提出使用变频调速来改变鼓风机转速，从而调节集气管的压力方案。
高压变频器的产业化在80年代中期才开始形成，但随着大功率电力电子器件的迅速发展和巨大的市场推动力，高压变频器十多年来的发展非常迅速，使用器件已经从SCR、GTR、GTO发展到IGBT、IECT、IGCT（SGCT）等，功率范围从几百kW到几十MW，技术已经成熟，可靠性得到保证，应用越来越广。天铁冶金团体有限公司焦化厂在考察对比了国内外多家高压变频器生产厂家后,决定选用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A系列高压变频器。HARSVERT-A系列高压变频器性能稳定,可靠性高,并且已在电力、冶金、石化、市政供水、水泥等多个领域成功应用，得到了用户的普遍认可和市场的长久考验。
二、系统方案设计
1,车间通风设备.系统电气设计
天铁团体焦化厂有三台D1350-1.237/0.887煤气鼓风机，平时采用一运两备方式，夏季才用两运一备方式。根据实际工况要求设计主回路电气结构图，选用HARSVERT-A型高压变频器一拖一和一拖二成功方案。
1.1电气主回路原理
以1#鼓风机为例说明，工作原理是由3个真空接触器KM11、KM12、KM13以及2个高压隔离开关QS11、QS12组成（见图一），其中KM11、KM12、KM13为高压真空接触器，用于变频和工频的电动切换。QS11和QS12为高压隔离开关，一般情况下处于合闸状态，仅在变频器检验时拉开，用于电机工频运行情况下对变频器进行安全检验。3#、4#风机的主回路工作原理也类似。
特点：
1）可以实现工/变频自动切换功能。在变频器出现严重故障时，系统能够自动切进工频电网中，断开变频器时，负载不用停机，满足现场不能停机要求。
2）易实现一运两备和两运一备运行方式。即一台变频运行，一台变频备用，一台工频备用；两台变频运行，一台工频备用。
1.2HARSVERT-A高压变频器采用单元串联多电平电压源型拓朴方式
其优点是采用输进多重化设计，高次谐波含量非常小，输出采用单元模块串联，使得谐波含量极低，在无输出滤波器的情况下，可使THD<0.3％，堪称“完善无谐波”高压变频器；极低的转矩纹波和电机噪声；功率因数可达0.95；对电机尽缘无损害，电缆长度无穷制；便于冗余设计。中文操纵界面便于维修。
2.自动化网路设计
控制系统由主控PLC、旁路柜控制PLC、高压变频器、上位机组成。其中主控系统采用西门子S7-300PLC、旁路柜内置西门子S7-200-PLC、上位机监控选用组态王软件。通讯网路在底层采用Profibus DP总线，主控PLC和上位机监控系统采用以太网通讯。西门子S7-300PLC作为整个系统的控制核心，处理人机界面对系统的各种请求，对整个系统的参数进行监控，实现对集气管压力的PID调节，维持管网的压力恒定。自动旁路柜集成有S7-200PLC,完成变频工频切换功能。上位机系统采用用户熟悉的组态王监控软件，与PLC的连接采用以太网方式。考虑现场工况，对安全性、可靠性、稳定性要求都很高，我们现场控制级采用Profibus DP总线连接，监控操纵级采用Ethernet方案，接进焦化厂局域网主服务器系统，实现远程监视。配置上：西门子S7-200配置EM277 Profibus 总线模块，S7-300选用315-2 DP,并配置CP341-1T 以太网模块，PLC集成的DP接口用于连接S7-200，以太网模块CP343-1T用于和上位机的以太网连接。
控制网络具有如下特点：良好的稳定性、扩展性、软硬件的开放性以及友好的人机界面，上位机按冗余控制配置等优点。
系统网络图
3.软件设计
上位机系统选用亚控公司生产的组态王软件。该软件具有友好的人机界面，支持以太网络。可以很方便的实现远程监视等功能。报表、报警功能强大，支持OPC，支持多种型号的PLC通讯。
软件设计过程中，由于上位机的程序组态王不直接支持西门子的以太网通讯协议，因此需要利用OPC Server来作为过渡。这样也使得局域网上的机器可以方便调用该机的参数，便于远程监视。
S7-300 PLC采用Step 7软件编程。软件采用模块化编程方式，把系统的各个工作编成一个个功能块，在一个OB中调用，方便易用，便于用户理解修改。支持梯形图、语句表。采用一些容错程序设计，加强系统的稳定性。
4.主要控制设计
4.1 油路冷却系统自启控制
每次鼓风机启动前先启动液压油泵，让油流进升速器中，冷却摩擦产生热量，否则鼓风机不能启动。在运行中假如主油泵压力达不到要求，辅助油泵自动启动，并能根据油温自动加热。并对油路的堵塞情况、不同点的油温检测。
4.2 鼓风机变频、工频自动切换控制
一台鼓风机变频运行，当变频器故障跳闸时，系统会自动切换工频运行，同时，小循环回流阀立即打开，机前煤气压力控制靠调节的小循环阀开度来实现。为了减小机前压力无扰动切换，小循环开度初始值设为50%。
4.3 两台鼓风机无扰动切换控制
当1#鼓风机变频运行，要停机检验变频器或风机时，投进3#鼓风机。操纵先用2#变频器启动3#鼓风机，同时停 1#变频器。由于机前压力实现PID闭环控制，使得1#变频按照设定的减速时间，平滑停车，进口阀门流量缓慢减小。相反，3#鼓风机按照设定加速时间，转速平滑上升，进口阀门流量缓慢增加。这样保证机前集气母管压力恒定，实现两台鼓风机无扰动切换，解决原控制系统下两台鼓风机切换时产生的系统管网压力发生剧烈波动的题目。（详见系统流程图）
4.4 机前压力PID闭环控制
对于压力、流量等被调参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化较快，这时微分作用和积分作用都要引起振荡，对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律。因此，焦炉煤气压力自动调节控制、小循环阀自动调节都采用PI调节。P值越大，比例调节作用越强，I值越小，积分作用越强
4.5 压力传感器掉线控制
对于一些可靠性要求非常高的控制系统，被控对象提出多点采集的理论，因此在机前母管上取两个压力采集点。把这两点的压力值送进PLC S7-300中比较，假如差值大于某个值，就以为压力值小的传感器故障。这样保证采集压力值的正确性，从而保证系统可靠性。
4.6 紧急故障预案措施
鼓风变频控制系统在主控室设计有紧急操纵箱。在控制系统瘫痪情况下，操纵转换开关，通过硬连接线断开变频器上下接触器，甩开变频直接工频启动，小循环系统自动倒进原来老控制系统，以防止事故扩大。例如：Profibus总线电缆故障了，鼓风机处于失控状态，机前压力靠风机惯性缓慢减小，这时控制系统会发出声光告警，报通讯故障，需要人工迅速干预切换为老控制方式下。
4.7 两台上位机监控系统热冗余控制
两台上位机同时监控整个系统，当主上位机A故障退出时，从上位机B仍然能实时监控系统，这样保证系统的安全性、可靠性。
三、结束语
用高压变频器控制鼓风机，实现鼓风机机前集气母管的压力恒定控制，大大改善了焦炉生产及现场环境，完全达到了生产工艺要求。PLC控制技术、PROFIBUS总线技术和高压变频技术的完美结合，使得集成自动化程度高，运行稳定，操纵简单，节能高效明显等优点。解决了两台鼓风机并列运行靠调节回流阀无法实现压力恒定和相互无扰动切换，这个始终困扰焦炉生产的困难。
焦炉鼓风机高压变频器控制系统的成功应用，对于改善环境、进步煤气回收量和质量，都具有很高的经济价值，值得推广。
参考文献：
[1]《高压变频器技术手册》北京利德华福电气技术有限公司
[2]《西门子网络技术》西门子自动化与驱动团体公司
[3]《焦化工艺学》中国矿业大学出版社
作者单位： 北京利德华福电气技术有限公司技术工程部(end)
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收录时间:2011年01月27日 19:20:03 来源:杜新宇 作者:
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红外温度传感器在制瓶冷却风机变频节能改造中的方案
???在玻璃生产线上，往往用到很多冷却风机，在设备选型时，为了适应全年度气温及生产不同规格的玻璃容器对温度的要求不同，风机选型一般较大，在生产过程中，风机多数处在大马拉小车状态。风量的调节传统方式是：调节进风口的风门大小，出风口也有部分调节。在这种调节方式下，风机始终处在全速运行状态，大量能源浪费在风门上。同时，传统的工控系统还存在着严重的启/停控制题目，贵厂目前采用自耦降压启动。这种启动方式对电网冲击较大，而且操纵较复杂。用Danfoss变频器来调节风机转速既能适时满足工艺要求，且能更好地实现软启软停机，又能节能降耗。本公司在制瓶行业成功地改造了几个系统，其节能率均在50%以上，且系统供风质量明显进步。
?? 本设计选用红外温度传感器，直接安装在模具的力臂上，探头距模具100mm，量程：200-1200℃，根据制瓶规格大小不同，要求模具温度控制在300-600℃范围内相应的温度点。红外温度传感器采用非接触式丈量，探头自身可以耐温120℃。因此比较复合模具检测工况。该传感器将丈量信号4-20mA输送给变频器，与变频器的设定值进行比较，得出一个差分信号，该信号经变频器内置的PID控制器进行PID运算，输出相应的控制信号，控制变频器输出相应的频率，从而实现控制风机的供风量，从而保证模具的恒温控制,
厂房降温风机。
??
?? 关于威仪:
?? 广州市威仪自动化有限公司，以PLC、DCS系统集成与软件组态为龙头，承接自动化系统工作，为众多家企业完成过一系列重点工程。本公司凭借雄厚的实力，代理欧美几大著名品牌的产品，其中有德国的西门子（Siemens）流量计及可控制编程器PLC，德国氟莱克森（FLEXIM）超声波流量计和传感器等,
负压风机报价，丹麦的丹佛斯（Danfoss）变频器及工控仪表，美国丹纳赫Gems-panamatric流量计及分析仪、Setra&Gems?工控仪表，美国通用（Ge）流量计及分析仪、Actaris水、电、热计量表，Tecsis产业仪表。另外，本公司还自行研发生产威仪(Wayeasy)变频器。?
?? 威仪公司秉承“技术领先，服务至上”的经营理念，成功地为华南地区钢铁、石化、电力、食品加产业、药业、机械制造、地产业、自来水等行业提供了工程建设、产品贸易及技术支持，在业内享有良好的口碑！
??
?? “创新求发展，诚信服务求信誉”是我们永无止境的追求……
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收录时间:2011年01月07日 15:32:28 来源:ccen 作者:
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浅析电动机软启动装置在风机系统中的应用 |
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摘要：扼要先容了电动机软启动装置组成、特点以厦与传统启动装置的比较。结合陕西鼓风机（团体）有限会司生产制造的风机机组低压辅机系统的特点，阐明了电动机软启动装置的应用。
关键词：电动机软启动装置；传统启动装置；低压辅机系统
引言
低压辅机系统（如盘车电机、润滑油泵、液压油泵等）是风机机组重要的辅助系统，其运行的好坏直接关系到风机机组的安全性能。
电动机软启动装置是一种具有国际先进水平的电动机启动装置，该装置融合了最新的现代控制理论和专用电动机保护技术及先进的软件技术，既能改变电动机的启动特性，保证电动机可靠启动，又能降低启动电流，减少对电网的冲击，并且可以和网络进行通讯，实现智能控制。无论从功能、性能、负载适应能力、维护及可靠性等方面都是传统的启动设备（如：星／三角、自耦变压器、磁控式启动装置）无法相比的。所以，这种智能型启动装置取代上述传统的启动装置将是一种必然趋势。
1电动机软启动装置组成
电动机软启动装置采用单片机进行逻辑控制。如图1所示，一般由电压检测、电流检测、旁路接触器、驱动电路、控制系统和键盘显示器等组成。
2电动机软启动装置选择
电动机软启动装置的选择主要取决于它的启动方式和停车方式。
电动机软启动装置一般有以下几种启动模式：
限电流启动模式就是限制电机的启动电流，主要用于轻载启动和对电机启动电流有严格要求的场合。电压斜坡启动模式就是把电机电压由小到大斜坡线性增加，主要用于重载启动和对启动电流要求不严格而启动平稳性较高的场合。突跳启动模式就是在电机启动时，先给电机施加一个较高的固定电压并持续一段时间，以克服静阻力距，主要用于重载启动，但是突跳时会给电网造成冲击。转矩控制启动模式就是把电机的启动转矩由小到大斜坡线性增加，主要适用于重载启动。电压控制启动模式就是保证启动电压压降不变的情况下，使电机发挥出最大启动力矩，主要用于轻载启动。
电动机软启动装置一般有减速停车模式、自由停
车模式和制动停车模式。减速停车适用于泵类，可以
有效减小压力波动。制动停车适用于高惯性的场合。
3电动机软启动装置特点
电动机软启动装置较传统启动装置有以下好处：
在电网方面的好处如图2所示。它避免产生较大电压降以减小对电网冲击；有效控制启动电流：消除尖峰电流；接线方便等。
在机械方面的好处如图3所示：最大程度减小齿轮箱、传送带、轴承等传动装置上的应力；减少水冲击（水锤）效应；降低维护本钱；缩短停工时间等。
电动机软启动装置在其他方面的好处：可以根据负载情况选择不同的启动方式及参数设置，达到最大程度的使电动机实现最佳启动效果；采用高性能微处理器及强大的控制软件；高可靠性；体积小．便于安装；对电动机的启动和运行具有多种保护功能。如过流、过负荷、缺相、过热等保护；便捷直观的操纵显示键盘，可根据不同负载方便的对启／停参数进行设置或修改；可以与计算机网络进行通讯；软启动装置的实际输出功率可根据负载进行设定等。
4电动机软启动装置与其他传统启动装置的比较
下面把电动机软启动装置与磁控降压启动装置、白耦变压器降压启动装置进行简单比较。启动特性：前者为软特性，根据用户要求可以调整。而后者为硬特性，不能根据用户要求进行调整。启动电流特性：前者启动电流根据用户要求可以调整。而后者启动电流不能根据用户要求进行调整。起始电压：前者初始电压可在0～3踟V范围内调整。而后者初始电压不能根据甩户要求进行调整。冲击电流：前者对电网几乎没有冲击。而后者约为电机额定电流的4～7倍，对电网冲击较大。电机转矩特性：电动机软启动装置没有冲击转矩，力矩匀速平滑上升；磁控降压启动装置常规在1次冲击转矩后，力矩匀速平滑上升；自耦变压器降压启动装置力矩跳跃上升，常规有2次冲击转矩。启动方式：电动机软启动装置启动模式有5种，图4和图5为最常规的限流启动和电压斜坡启动；磁控降压启动装置区域恒流软启动；自耦变压器降压启动装置分段式恒压启动。重量／体积：电动机软启动装置轻而小；磁控降压启动装置较重／较大；白耦变压器降压启动装置重而较小。控制元件和控制方式：电动机软启动装置采用高性能单片逻辑控制；磁控降压启动装置采用继电器及电子元件继电电子控制；自耦变压器降压启动装置采用继电器继电控制。
5电动机软启动装置在风机辅机系统中的应用
电动机软启动装置是采用电力电子、微处理器及现代控制理论等先进技术设计制造的高技术产品，它从根本上改变了传统降压启动设备在电动机启动时产生的电压、电流突变而带来的不良后果（如启动时母线电压过低、电机启动电流过大等因素，影响母线上其他用电设备的正常工作）。因此，公司在对电动机软启动装置的选择上也有不同的要求，如盘车电机。盘车电机的主要作用就是在机组开机前，先用盘车电机把风机主轴拖动起来（转速很小），使它在主轴上形成一层油粘膜，减少机组的静阻力矩，便于机组启动。原先都是采用直接启动方式，由于直接启动会对与主轴相联的齿轮造成冲击，甚至损坏。同时叉要考虑到盘车电机启动瞬间需要克服很大的静阻力矩，故现在采用了突跳启动控制模式的电动机软启动装置，效果非常好。又如润滑油泵和液压油泵等设备，由于正常情况下是两台油泵（一主一备，互为备用），假如在油压低的情况下，备用泵要在晟短的时间内完成启动，建立油压，但又必须考虑到电网的要求，故选用了电压控制启动模式的电动机软启动装置。
电动机软启动装置常规有两种接线方式，一种是带旁路，另一种是不带旁路，如图6和图7所示。带旁路回路的接线方式，在电动机启动结束后，可以通过旁路回路把软启动装置旁路掉，使其不带电，便于维护、检验。因此，我公司在软启动设计时选用第一种接线方式。
下面结合盘车电机（功率为15 kW，电压380V AC，额定电流32 A）简单叙述一下工作原理：配置了三相断路器、运行接触器、旁路接触器、热继电器，并且设计控制按钮、停／运指示灯等。见图6。
电动机启动时，首先把三相断路器QA、运行接触器KMl、KMl闭合；再接通软启动装置，软启动装置检查内部元器件，内部继电器R．输出答应启动信号给控制回路；最后软启动装置带电进行启动，当电机转速达到额定转速时，内部继电器R：输出启动结束指令给旁路接触器KM2，KM，闭合使软启动装置离线，启动结束。
6结束语
电动机软启动装置于2004年第一次在AV63轴流压缩机盘车电机上使用，现场调试结束后，效果十分理想，随后在我公司大多数风机机组上推广应用。现已在德州RIKl25、兖矿R1K125等大型空分机组中的润滑油泵和液压油泵等设备上应用。
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收录时间:2011年03月26日 00:13:55 来源:未知 作者:
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锋速达负压风机-大北农集团巨农种猪示范基地风机设备水帘设备供应商！台湾九龙湾负压风机配件供应商！
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