西門子G120變頻器在干熄焦裝入裝置中的應用

吉 沖，羅永媛

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0 引言

干法熄焦，簡稱干熄焦，是相對于濕法熄焦而言的，是指將焦爐中所產的熾熱焦炭從干熄爐頂部裝入，熾熱紅焦在干熄爐內部與惰性氣體進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上，裝入裝置電動缸通過驅動裝置牽引設置在臺車上的爐蓋和裝焦料斗沿軌道行走，順序打開爐蓋，將裝焦料斗對準干熄爐口，或將料斗移開干熄爐口，關閉爐蓋[1]。熾熱的紅焦遇到空氣中的氧氣后會迅速燃燒，降低焦炭質量，且焦炭的燃燒會對大氣造成污染。因此，干熄爐爐蓋的打開和關閉時間須控制在足夠短的時間內，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閉的單程運行中不能以恒定的速度運行，而需要低速啟動、高速運行、低速停車。

1 裝入裝置工作原理

裝入裝置通過電動缸的伸、縮在軌道上移動，變頻器控制的三相異步電動機帶動電動缸內的絲杠旋轉驅動電動缸的伸、縮，電動缸內部的絲杠與若干旋轉凸輪限位片同軸連接。裝入裝置在打開或關閉狀態時，旋轉凸輪限位均處于低速位置，從關閉狀態到打開狀態的運行過程：變頻器接收到“打開”命令后，電動缸內的電磁抱閘打開，此時旋轉凸輪在低速位置，變頻器驅動電動機開始低速、正向旋轉，隨著電動缸內部絲杠的轉動，與其同軸連接的旋轉凸輪離開低速位置，變頻器檢測到低速位信號斷開后便控制電機高速正向旋轉，當旋轉凸輪再一次旋轉至低速位置時向變頻器發出減速信號，變頻器控制著電機減至低速、正向旋轉，待另一片旋轉凸輪旋轉至關限位時變頻器控制電機停車，延時2s后關閉電磁抱閘，防止裝入裝置因慣性太大而滑行。裝入裝置從打開狀態至關閉狀態的運行過程與上述過程相反，裝入裝置運行動作曲線如圖1所示。根據裝入裝置動作曲線圖，配套電動缸驅動電機的運行過程如圖2所示。

2 裝入裝置電氣控制系統組成

圖1 裝入裝置動作曲線

圖2 裝入裝置驅動電機運行狀態

裝入裝置電氣控制系統包括變頻器控制柜、機旁操作箱。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，由轉換開關、按鈕和指示燈等元器件組成。裝入裝置電動缸接線盒內有4片同軸連接的旋轉凸輪限位，分別命名為開限位、低速位、高速位、關限位。4片旋轉凸輪與電動缸內部絲杠同軸旋轉，旋轉凸輪轉至低速位時電機啟動并以低速運轉，當旋轉凸輪離開低速位時電機開始高速運行，旋轉凸輪再次旋轉至低速位時電機再次低速運行，另一片旋轉凸輪旋轉至關限位時電機停止轉動。電動缸內部有一電磁抱閘裝置，電機運轉過程中電磁抱閘打開，電機停止運轉后電磁抱閘閉合，保證裝入裝置不因慣性而發生移動。

3 裝入裝置變頻器

根據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，標準的模塊化設計包括功率模塊、控制單元和操作面板等，都是完全獨立的單元，支持帶電熱插拔，通信功能內置。該裝置采用外部端子方式控制變頻器運行。西門子G120外部回路接線端功能：數字量輸入端共10個，端子5～8，16～17，40～42分別和公共端9號端子組成了9組常開觸點，可自由編程。在此，將5號端子定義為“正轉啟動”，6號端子定義為“反轉啟動”，7號端子定義為“故障復位”，16號端子定義為“固定轉速1”，17號端子定義為“固定轉速 2”。數字量輸出端中，20號端子與 19，18號端子分別組成一組常開/常閉觸點，22號端子與21號端子組成一組常開觸點，25號端子與24、23號端子分別組成一組常開/常閉觸點。在此，將20，19號端子定義為“變頻故障”；22，21號端子定義為“抱閘輸出”；25，24號端子定義為“就緒”，與主接觸器相關聯，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DC24V電源。變頻器外部電氣接線原理如圖3所示。

圖3 變頻器外部接線圖

根據裝入裝置電動缸驅動電機運行要求定義變頻器I/O端子為：KA1-正轉、KA2-反轉、KA4-速度 1、KA5-速度 2、KA6-故障輸出、KA7-抱閘輸出、KA8-變頻器就緒。變頻器狀態與中間繼電器邏輯組合見表1。

表1 變頻器狀態與外部控制繼電器動作邏輯對應表

4 裝入裝置電氣控制原理

根據變頻器狀態與外部控制繼電器動作邏輯對應表，對應的電氣控制柜原理、現場操作箱原理見圖4、圖5。

圖4 變頻器控制原理

圖5 機旁操作箱原理

5 裝入裝置運行過程調試

檢查線路無誤后，把裝入裝置電動缸通過手動搖桿搖至總行程的中間位置，電氣控制柜上電，通過STARTER軟件下載相應的程序至變頻器控制單元，根據工藝要求調整好裝入裝置運行時所需的位置，固定好4片旋轉凸輪限位，電氣控制線路調試完成后點動試運行，試運行完成后計時裝入裝置單向行程所需的時間，調整變頻器輸出轉速，直至單向行程時間＜12s。反復開、關5次確認無誤后填寫報告交付使用。

6 結語

通過對西門子G120系列變頻器電氣控制系統在干熄焦裝入裝置中的應用，為其他的類似裝置的設計提供一些借鑒之處，也為干熄焦的生產維護人員提供一定的幫助。

［1］潘立慧，魏松波等，干熄焦技術［M］.北京：冶金工業出版社，2005.