鄧小春

福建三鋼鐵有限公司，福建泉州　362411

基于PLC和變頻器的高爐礦槽除塵節(jié)能改造控制系統(tǒng)

鄧小春

福建三鋼鐵有限公司，福建泉州362411

本文簡要介紹三安鋼鐵有限公司高爐礦槽除塵風(fēng)機(jī)高能耗問題，綜合其運(yùn)行狀況及特點(diǎn)，提出利用PLC及高壓變頻技術(shù)的改造方案，并通過改造方案改造前后風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的比較分析，驗證變頻節(jié)能改造效果顯著，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

PLC；高壓變頻器；礦槽除塵；節(jié)能

礦槽除塵系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)高爐配料系統(tǒng)中各種揚(yáng)塵點(diǎn)集塵采集、空氣凈化、環(huán)保排放的功能。目前在正常生產(chǎn)情況下，礦槽除塵風(fēng)機(jī)一直不間斷的運(yùn)行，入口檔板開度100%，耗電量非常大；各揚(yáng)塵點(diǎn)閥門均手動開關(guān)，無法做到自動控制，人員操作強(qiáng)度大，有些工序還需多人才能協(xié)調(diào)完成，人力成本巨大。無法兼顧節(jié)能與環(huán)保，系統(tǒng)除塵效率低。

因此，在礦槽除塵系統(tǒng)中針對礦槽分布的除塵點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時工況管理，通過自動化監(jiān)控提高各除塵點(diǎn)的工作效率、系統(tǒng)利用率，結(jié)合利用高壓變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)高效節(jié)能運(yùn)行，則有助于提高礦槽除塵系統(tǒng)的節(jié)電效果。

1　工藝概述

根據(jù)三安鋼鐵有限公司1#高爐礦槽除塵系統(tǒng)，首先對礦槽配料系統(tǒng)各揚(yáng)塵點(diǎn)的運(yùn)行工況進(jìn)行分析：1#礦槽槽上與皮帶有關(guān)的布料、分料、轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)的揚(yáng)塵點(diǎn)有43個，槽下振動篩的揚(yáng)塵點(diǎn)有12個。所有的揚(yáng)塵點(diǎn)都要根據(jù)高爐的生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行分時間歇性工作。

鑒于上述分析，結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際，對所有集塵風(fēng)管管道蝶閥進(jìn)行更換，采用控制靈活的氣動蝶閥來替代手動蝶閥，并且采用PLC集中控制的方式，來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝對各集塵管道口風(fēng)量需求，提高自動化管理水平，降低職工的勞動強(qiáng)度。

根據(jù)1#礦槽除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)（如表1），可知除塵風(fēng)機(jī)功率大，啟動時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，對電機(jī)和電網(wǎng)都會有很大的沖擊等因素影響。經(jīng)過考察，采用高壓變頻器對風(fēng)機(jī)實(shí)行一拖一控制，采用與電動機(jī)相同功率等級的高壓變頻器拖動。利用變頻器作為風(fēng)量的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到最佳的節(jié)能目的。

表1　風(fēng)機(jī)參數(shù)

額定功率KW 1250工作電壓KV 10KV額定電流A 77.4功率因數(shù)0.88

2　控制方案設(shè)計

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

利用除塵系統(tǒng)原有的PLC系統(tǒng)進(jìn)行改造。在原來的PLC系統(tǒng)中加上蝶閥的控制和變頻器的控制。該系統(tǒng)包括原有的下位機(jī)PLC以及上位機(jī)監(jiān)控軟件部分，在硬件部分需要增加通訊電纜、Modbus/Profibus-DP適配器、獨(dú)立模塊等，上位機(jī)WINCC軟件通過工業(yè)以太網(wǎng)訪問PLC，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC數(shù)據(jù)的動態(tài)交互。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2蝶閥的控制

除塵蝶閥控制原系統(tǒng)是以手動操作蝶閥開關(guān)，現(xiàn)將揚(yáng)塵點(diǎn)集塵罩管道的手動操作蝶閥更換為氣動蝶閥，然后由PLC根據(jù)下料情況來自動開關(guān)。

1）分料和轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶的機(jī)頭和機(jī)尾的揚(yáng)塵點(diǎn)25個，當(dāng)皮帶運(yùn)行時會產(chǎn)生大量的粉塵，需要蝶閥打開集塵；當(dāng)皮帶停止運(yùn)行，延時10s再關(guān)閉。

2）槽上布料小車卸料有18個揚(yáng)塵點(diǎn)。當(dāng)布料小車向貯礦倉卸料時，由于落差大會產(chǎn)生劇烈的揚(yáng)塵；布料皮帶運(yùn)行，小車移到指定貯礦倉卸料，打開該貯礦倉除塵管道上的蝶閥，當(dāng)停止卸料時延時10s關(guān)閉。

3）槽下振動篩的揚(yáng)塵點(diǎn)12個，當(dāng)振動篩工作，除塵蝶閥打開，振動篩停止除塵閥延時10s關(guān)閉。

2.3變頻器的控制

系統(tǒng)需要PLC和除塵風(fēng)機(jī)變頻器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。由于變頻器與PLC控制系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，且長度不一的控制電纜會造成信號衰減的不同程度，基于成本及系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性考慮，采用現(xiàn)場總線控制。原有的西門子300PLC采用PROFIBUS DP協(xié)議［1］，而高壓變頻器只支持Modbus RTU協(xié)議，因此，兩者之間采用Modbus轉(zhuǎn)PROFIBUS DP適配器PM-125作為中間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)2種不同協(xié)議之間的通訊（圖2）。通過通訊，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停、狀態(tài)監(jiān)視、自動調(diào)速等功能，從而，降低除塵風(fēng)機(jī)電耗，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能、高效的目的。

本系統(tǒng)有遠(yuǎn)程與本地控制切換，遠(yuǎn)程可以在上位機(jī)進(jìn)行變頻器的啟停，切到本地時，變頻系統(tǒng)觸摸屏操作，并實(shí)時顯示工作狀態(tài)并進(jìn)行記錄。如果變頻出現(xiàn)嚴(yán)重故障，可恢復(fù)至原工頻運(yùn)行而不影響安全生產(chǎn)。

1）變頻啟?？刂?。變頻遠(yuǎn)程啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計如下：

2）變頻調(diào)速控制。由于除塵蝶閥是間歇性工作，而且蝶閥打開的時間長短不一，除塵管道的大小也不一樣，因此，根據(jù)不同型號風(fēng)管上的蝶閥打開的個數(shù)來計算礦槽除塵系統(tǒng)的實(shí)時風(fēng)量需求。PLC通過遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令至高壓變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速［2］，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)量平衡。從而，大大提高系統(tǒng)的自動化控制水平，減少運(yùn)行人員的操作維護(hù)量。完善畫面監(jiān)控系統(tǒng)，全程自動控制，并且可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用效果，不斷的調(diào)整各個參數(shù)的設(shè)定，以達(dá)到最大使用效率，保證良好的除塵效果和最佳節(jié)能收益。

表3　變頻改造前后各項數(shù)據(jù)

變頻調(diào)速遠(yuǎn)程控制流程如圖3。

4　應(yīng)用效果

高爐礦槽除塵系統(tǒng)經(jīng)改造后，從本質(zhì)上解決了安全問題和人員短缺問題，保證了除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并且大大減少了工作量，降低了勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，有利于保障職工的身體健康，取得了巨大的環(huán)保效益。尤其是使用變頻器后，風(fēng)機(jī)電機(jī)消耗功率明顯減小，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)電機(jī)軟起動，沒有起動電流沖擊，避免了對電機(jī)及電網(wǎng)的沖擊，且變頻調(diào)速精度高。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，電機(jī)前軸溫度后軸溫度也隨著下降，機(jī)械的磨損也減小，從而延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低了設(shè)備的維護(hù)成本。各個風(fēng)管集塵口的集塵效果良好，粉塵嚴(yán)重的現(xiàn)象得到根治。

1#高爐礦槽除塵風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造項目已于2015年12月全部完成并投入運(yùn)行，2016年4月完成驗收，經(jīng)過幾個月的測試和對比煉鐵廠提供的風(fēng)機(jī)沒改變頻控制之前的用電量統(tǒng)計（如表2），計算得出每月可以節(jié)約電量17.167 2萬度，節(jié)電率大于23%，整個項目投資基本已經(jīng)收回。從實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可以得出，系統(tǒng)的除塵效果明顯工作環(huán)境得到改善，且達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能的效果，兼顧了節(jié)能與環(huán)保的理念，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5　結(jié)論

該系統(tǒng)采用高壓變頻技術(shù)和PLC集中控制相結(jié)合的方式，提高自動化水平、降低設(shè)備故障率，為減員增效提供條件；除塵管上加裝氣動蝶閥自動開關(guān)，也節(jié)省了很多風(fēng)量，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓增大，提高系統(tǒng)除塵效率，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能。綜上所述，采用基于PLC集中控制及變頻器為核心部件的除塵系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

［1］廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］楊長英.高壓變頻器在高爐礦槽除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.變頻器世界，2013（2）.

［3］楊長英.高壓變頻器在高爐礦槽除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.有色冶金節(jié)能，2012，28（5）：44-46.

［4］陳建行，王文森，陳裕華.唐山寶泰鋼鐵公司風(fēng)機(jī)高壓變頻技改紀(jì)實(shí)［J］.變頻器世界，2011（3）：72-75.

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A

1674-6708（2016）166-0210-03

鄧小春，福建三鋼鐵有限公司。