MM440系列變頻器在自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)上的應(yīng)用

韓明*，劉明超

（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 設(shè)備部，河北唐山，063000；2.唐鋼自動(dòng)化公司煉鐵事業(yè)部，河北唐山，063000）

MM440系列變頻器在自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)上的應(yīng)用

韓明1*，劉明超2

（1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 設(shè)備部，河北唐山，063000；2.唐鋼自動(dòng)化公司煉鐵事業(yè)部，河北唐山，063000）

自動(dòng)化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，變頻器在電動(dòng)機(jī)控制中的優(yōu)勢(shì)也得到了越來越多工廠的認(rèn)可。Siemens公司MM440系列變頻器在節(jié)能、性能上相比同種產(chǎn)品都有很大的優(yōu)勢(shì)。本文著重介紹Siemens公司的MM440系列變頻器在自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)中的應(yīng)用，并簡(jiǎn)要闡述其整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制方案、變頻器性能及參數(shù)等方面。

變頻器；自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)；自動(dòng)控制；MM440

引言

自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)是焦炭生產(chǎn)過程中的重要焦炭輸送裝置之一，運(yùn)用在熄焦后的涼焦平臺(tái)和輸送焦帶之間，用于焦化生產(chǎn)工段和篩焦工段之間的放焦過程，它將焦炭均衡地、連續(xù)通過葉輪旋轉(zhuǎn)傳送到運(yùn)輸皮帶，從而有效緩解大量焦炭同時(shí)下放對(duì)輸料系統(tǒng)的沖擊。自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)整套裝置的主要自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7-200系列PLC及MM440系列變頻器，PLC和變頻器相配合實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝置的扒焦、行走等工藝動(dòng)作要求并可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方案

1.1 硬件、軟件構(gòu)成

自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)采用Siemens技術(shù)公司研發(fā)的S7-200系列可編程邏輯控制器（以下簡(jiǎn)稱 PLC）作為其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的邏輯控制的核心部件，通過PLC硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模塊量信號(hào)快速輸入響應(yīng)、內(nèi)部邏輯運(yùn)算及輸出命令等一系列動(dòng)作。整套 PLC系統(tǒng)的核心硬件包括一個(gè) CPU 226 CN模塊，一個(gè)數(shù)字量卡件EM223，兩塊模擬量卡件EM231，一塊CP243通訊卡。人機(jī)交互界面HMI選用Siemens公司W(wǎng)INCC軟件，HMI遠(yuǎn)程監(jiān)視操作員站采用DELL工業(yè)級(jí)PC機(jī)，安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)的CP243通訊卡通過交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器、光纖、RJ45網(wǎng)線連接至主控室內(nèi)的HMI遠(yuǎn)程監(jiān)視操作員。整套系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)的行走、扒焦電機(jī)分別由行走、扒焦變頻器來調(diào)速，變頻器選用MM440系列變頻器。PLC內(nèi)部邏輯程序使用 StepT-Micro／WinV4．0編程軟件進(jìn)行編程，該編程軟件功能強(qiáng)大，具有簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 控制方案

本系統(tǒng)分手動(dòng)模式（Manul-Mode）和自動(dòng)模式（AUTOMode），控制模式可由現(xiàn)場(chǎng)操作人員于現(xiàn)場(chǎng)控制箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)上進(jìn)行人為的選擇。

（1）手動(dòng)模式（Manul-Mode）：由操作人員在現(xiàn)場(chǎng)操作面板上控制行走電機(jī)的左/右行、伸縮臂桿裝置的伸出/縮回和葉輪裝置的運(yùn)行/停止等動(dòng)作，整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行完全由操作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人為控制；

（2）自動(dòng)模式（AUTO-Mode）：自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，PLC系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行前的自檢，包括整個(gè)設(shè)備初始位置（待機(jī)位）判斷、變頻器有無故障、系統(tǒng)供電是否正常等，PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)涼焦臺(tái)料位計(jì)上傳到 PLC的料位信號(hào)，并根據(jù)程序中設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行判斷，若某個(gè)位焦臺(tái)的料位值大于程序中的設(shè)定值，PLC控制系統(tǒng)則認(rèn)為該焦臺(tái)有一定數(shù)量的焦炭，于是 PLC發(fā)出命令驅(qū)動(dòng)自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)由待機(jī)位高速走行到目標(biāo)焦臺(tái)位置，伸出臂桿裝置將葉輪推入焦臺(tái)位置，進(jìn)行葉輪的扒焦動(dòng)作，由變頻器控制扒焦電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)葉輪將焦臺(tái)中的焦炭連續(xù)不斷的導(dǎo)入運(yùn)到焦皮帶，并由皮帶進(jìn)行物料傳送，直至該焦臺(tái)的物料小于程序設(shè)定值，則 PLC發(fā)出命令驅(qū)動(dòng)自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)先縮回臂桿裝置，并低速走行返回至待機(jī)位；若多個(gè)焦臺(tái)有焦，則 PLC控制自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)按就近原則依次執(zhí)行走行、扒焦命令。

為了確保焦炭放焦、運(yùn)焦作業(yè)過程中不會(huì)被自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)故障而中斷，該工段使用了兩臺(tái)自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)。當(dāng)正在運(yùn)行自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)發(fā)生故障時(shí)不能正常執(zhí)行動(dòng)作時(shí)，只需要將其返回到待機(jī)位置，立即啟動(dòng)另一臺(tái)設(shè)備即可以實(shí)現(xiàn)不間斷的生產(chǎn)。

2 變頻器性能及參數(shù)

2.1 變頻器性能

MM440變頻器可通過簡(jiǎn)便的接線和參數(shù)設(shè)置，既可用于單機(jī)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)也可根據(jù)需要集成到整體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中并作為控制系統(tǒng)的一部分和 PLC或 DCS進(jìn)行信號(hào)交互，MM440型標(biāo)準(zhǔn)矢量型變頻器的內(nèi)部保護(hù)功能同時(shí)為變頻器和變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)，同時(shí)也延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命降低了備品消耗。

自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)的變頻器接收來自 PLC的控制信號(hào)，如行車命令信號(hào)（左行、右行）、速度命令信號(hào)（高速、低速）及故障復(fù)位信號(hào)等，變頻器把電流信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)0～20mA電流）及故障信號(hào)（變頻器綜合故障報(bào)警）反饋給PLC，所有信號(hào)均采用信號(hào)線的方式進(jìn)行傳遞，變頻器輸入信號(hào)采用PNP接線方式（接線端子號(hào)為 DIN1～DIN5），即高電平有效。自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)的行走、扒焦電機(jī)分別由行走、扒焦變頻器來調(diào)速，行走變頻器選用440-2UD31型，扒焦變頻器選用440-2UD35型。

行走變頻器接線示意圖如圖2所示。

圖2 行走變頻器接線示意圖

2.2 矢量控制方式

自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)采用無傳感器反饋的矢量控制方式，這種控制模式具有類似于閉環(huán)回路控制的優(yōu)良性能，雖然降低了成本省去了位置或是速度傳感器元件，但在控制效果和性能上又比傳統(tǒng)的速度控制有很大的提升。MM440系列變頻器內(nèi)部設(shè)有電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)自動(dòng)判斷檢測(cè)并且自主適應(yīng)功能，同時(shí)可通過變頻自檢辨別出來的電機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)來自動(dòng)調(diào)整其他有關(guān)電機(jī)控制參數(shù)，這一功能大大減小了變頻器基礎(chǔ)參數(shù)的人工設(shè)定，技術(shù)人員只需要核對(duì)部分電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)參數(shù)就可以完成以前繁多的參數(shù)輸入。

變頻器矢量控制大大地改善了交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制特性。矢量控制在特殊的負(fù)載狀態(tài)或轉(zhuǎn)矩要求情況下，加入電動(dòng)機(jī)的電流與電動(dòng)的磁通相作用，從而得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。矢量控制在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)：

教師的主要任務(wù)是資源開發(fā)，錄制視頻、整理在線測(cè)試題或思考題、設(shè)計(jì)課前導(dǎo)學(xué)案作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的向?qū)У龋⑦@些教學(xué)資源發(fā)布于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

（1）負(fù)載和設(shè)定值變化時(shí)可以穩(wěn)定運(yùn)行；

（2）設(shè)定值變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過渡時(shí)間短；

（3）負(fù)載變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的過渡時(shí)間短；

（4）可以在最大可調(diào)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載下加速和制動(dòng)；

（5）在電動(dòng)狀態(tài)和再生制動(dòng)狀態(tài)下，利用可調(diào)整的轉(zhuǎn)矩限幅功能，使電動(dòng)機(jī)和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載得到保護(hù)；

（7）在零速時(shí)仍然可以保持全轉(zhuǎn)矩輸出；

2.3 保護(hù)的特征

（1）過電壓/欠電壓保護(hù)；

（2）變頻器過熱保護(hù)；

（3）接地故障保護(hù)；

（4）短路保護(hù)；

（5）電機(jī)過熱保護(hù)；

（6）電機(jī)失步保護(hù)；

（7）電機(jī)鎖定保護(hù)；

（8）參數(shù)連鎖；

2.4 變頻器參數(shù)

該MM440型變頻器配置了人機(jī)交互界面，即助手型控制盤。助手型控制盤內(nèi)置了幫助功能用來指導(dǎo)用戶。

助手型控制盤內(nèi)置了幫助功能用來指導(dǎo)技術(shù)人員或是維護(hù)人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，包括可用于故障記錄器的時(shí)鐘功能，通過控制盤啟動(dòng)/停止變頻器，該控制盤還可以復(fù)制備份或下載參數(shù)到另一個(gè)變頻器中。助手型控制盤的大屏幕顯示屏和簡(jiǎn)潔的按鍵使變頻器的參數(shù)界面操作十分容易。自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)的行走變頻器主要參數(shù)如下表1所示。

表1 行走變頻器主要參數(shù)

3 結(jié)束語

MM440變頻器性能穩(wěn)定，控制精度高，故障率低，可靠性高，維護(hù)方便，滿足自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)的控制要求。自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)系統(tǒng)采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)，節(jié)省了電力、后期維護(hù)也比較容易，反映了西門子MM440的可靠性及其在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)。

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Application of MM440 Series Inverter in Automatic Impeller Coke Cleaning Machine

HAN Ming1*,LIU Mingchao2
(1.Shougang Jingtang Iron & Steel Co.,Ltd. Equipment Department,Hebei Tangshan,063000,China;2. Iron and Steel Company,Tangshan Iron &Steel Company,Hebei Tangshan,063000,China)

Automation technology has been widely used in various fields,and the advantages of inverter in motor control have also been recognized by more and more factories. Siemens company MM440 series inverter in energy saving,performance compared to the same product has great advantages.This paper introduces the application of MM440 series Siemens inverter in the automatic impeller coke cleaning machine,and briefly expounds the system structure,control scheme,inverter performance and parameters of the whole automatic control system.

frequency converter; automatic impeller coke cleaning machine; automatic control; MM440

TN773

B

1672-9129(2017)06-0053-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.018

韓明,劉明超. MM440系列變頻器在自動(dòng)葉輪扒焦機(jī)上的應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(6)： 53-54.

Cite：HAN Ming,LIU Mingchao. Application of MM440 Series Inverter in Automatic Impeller Coke Cleaning Machine[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 53-54.

2017-02-07；

2017-03-15。

韓明(1979-)，男，漢族，河北省唐山市，本科，工程師，從事自動(dòng)化設(shè)備管理工作。劉明超(1979-)，女，漢族，河北省唐山市，本科，工程師，從事現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作。

Email：h_ming@sgjtsteel.com