变频器在碳素配料运输车上的应用

摘 要 ：本文介绍了用变频器控制碳素配料系统中配料运输车（配料车）的系统组成和工作原理。系统投入运行后，实现配料运输车在接料口、放料口的准确定位停车，避免了物料抛洒，降低了设备故障率，提高了设备生产效率和产品质量。 
1　引言
　　我公司碳素配料系统工艺流程图如图1所示。配料车工作过程为:当1#配料仓工作完成后，1#配料仓底门打开，将配好的物料放入运输车中;待1#配料仓仓门关闭后，配料车移动到场2#配料仓下方接受2#配料仓的物料;2#配料仓仓门关闭后，小车移动到3#配料仓下方接受3#配料仓的物料。当3个仓物料全部放完后配料车移动到规定的混捏锅上方，打开下料门将物料放完，然后关紧下料门回到1#配料仓下方等待。
　　配料车原采用绕线式异步电动机驱动，通过转子串电阻实现配料车在各运行阶段的转速调节，操作人员现场操作安装在配料车上的操作机构实现配料车的工艺运行。
　　采用该拖动方法，存在着很多问题，首先由于现场粉尘大，环境恶劣，导电粉尘多，电动机和操作结构故障率极高。其次是系统采用串电阻调速，速度调节时，电能消耗在转子电阻上，造成能源浪费。第三是采用人工现场操作，凭的是操作人员的经验，有时需要反复前进和倒车，停车定位准确性差，时间长，影响生产效率。zui重要的是操作人员的现场操作还存在着极大的安全隐患。同时，由于碳素粉末很细，造成现场环境恶劣，对配料工人的身体健康极为不利。
　　针对所存在的问题，我们对原有配料车拖动控制系统进行改造。采用变频调速技术和PLC控制可在恶劣环境中稳定安全运行的鼠笼式异步电动机，实现配料车的自动运行和准确定位停车，降低设备故障率，减轻工人劳动强度，提高设备工作效率。
2　配料车拖动控制方案的确定
2.1　工艺过程对配料车运行要求
（1）配料车可以在各料仓放料口和混捏锅进料口位置准确停车。
（2）配料车运行过程中速度可调，zui大速度0.8m/s,zui小速度0.1m/s,点动速度不大于0.5m/s。
（3）配料车运行分为启动低速运行阶段，运输过程快速运行阶段，至下料口的低速运行阶段。
（4）配料车可远程和现场操作，自动运行，且配料车可以根据工艺要求在任何位置实现紧急停车。
根据工艺要求，为提高系统的可靠性，提高设备运行效率和生产效率，对比各种拖动方案，我们采用变频调速方案。用变频器驱动鼠笼电动机取代绕线式异步电动机串电阻调速装置;用PLC控制系统实现系统复杂的逻辑、时序控制以完成配料车的停车定位和速度调节;用非接触式的光电开关检测配料车的变速和停车位置。采用轴头带直流抱闸的电动机实现系统的紧急、准确停车。
2.2　本控制方案的优点
（1）电动机采用鼠笼电机，环境适应性强，维护简单，运行可靠;
（2）电动机非动力端带抱闸，可实现配料车快速准确停车;
（3）调速装置采用变频器，可靠性比绕线电机转子回路串电阻大大提高，输出扭矩大，调速范围广，而且还可实现节能;
（4）利用变频器的直流制动功能，可使配料车停车时更加平稳快捷;
（5）采用非接触式光电开关作为位置检测装置，可提高元件的使用寿命和位置检测的可靠性;
（6）用PLC取代复杂的接触-继电控制，不仅可实现复杂的控制功能，而且还大大提高了系统的可靠性。
3　系统组成及工作原理
　　根据工艺计算，电动机采用4.0kW鼠笼式异步电动机。由于配料车载料启动时为满载起动，要求较大的起动力矩，为满足要求，变频器选用ABB ACS800-01-0009-3;变频器和抱闸控制接触器异地安装。配料车位置检测信号直接送往系统控制单元PLC，PLC根据配料车位置控制配料车的速度和启停车、前进和后退。
3.1　系统控制原理框图
3.2　系统中计算机操作站设在系统控制中心，用以完成设备的操作与运行监控;现场操作箱用于设备的检修调试和事故紧急停车;位置检测元件用于检测配料车的当前位置PLC是系统的控制单元，通过现场位置检测信号和相关控制要求，发出对变频器和运料车电动机报闸的控制信号，用于控制电动机的运行状态和运行速度，同时通过变频器的运行输出信号，检测变频器的运行情况，并根据工艺要求和现场设备状况，发出声光报警信号。
3.3　配料车主回路图
　　根据工艺要求，配料车变频器选用型号为ABB ACS800-01-0009，变频器具有丰富功能和数字/模拟量输入输出接口，可方便实现工艺运行要求，详细介绍见文献1。变频器的启动/停车、正/反转及运行速度均由PLC控制，根据工艺要求，变频器的输出速度分为四段恒速运行，既空车慢速、空车快速、重车快速、重车慢速，同时将变频器的运行状态反馈至PLC，用于配料车运行状态监控。
3.4　系统工作原理
　　配料车运行分为自动和手动两种操作运行方式，当设备处于检修或调试时，通过手动进行操作。当系统处于正常生产过程时，系统根据工艺初始设定自动运行。
　　设备自动运行时，PLC通过配料车运行位置信号，确定配料车的前进、后退和速度转换以及停车。当配料车完成原料接收后，DI2输入配料车前进信号，同时重车速度1控制节点DI5闭合，系统没有检测到异常时，DI1闭合，配料车低速启动运行;当配料车运行到变速检测点时，DI6闭合，DI5断开，配料车高速运行;当配料车运行到下料口前侧减速点时，DI6断开，DI5闭合，配料车慢速运行，以保证配料车停车时低惯性，易制动;当配料车运行到下料口时，变频器直流制动启动，同时电动机抱闸动作，配料车停车放料。空车返回过程同重车运行过程。当系统或相关设备故障时，PLC输出停车信号，变频器立即封锁输出，配料车立即停车。
4　运行效果 
　　系统改造完成后，配料车在空载运行时，快速运行速度可达1.2m/s，低速运行速度在0.6m/s时，可实现准确定位停车;满载运行时，快速运行速度在1.15m/s时，配料车运行稳定，在低速运行阶段，配料车运行速度在0.2m/s时，可准确定位停车;满载配料车在启动时，运行平缓，没有机械冲击情况，满足工艺要求。
　　通过配料车驱动方式的改变，实现了生产过程的自动运行和配料车的准确定位停车，避免了物料抛洒，提高了产品质量和生产效率;驱动设备由于采用了鼠笼电动机，运行故障率低，维护检修方便，设备维护检修费用也大大降低;设备运行可靠性高，设备检修周期延长，提高了设备利用率;设备的自动化运行，降低了工人的劳动强度，改善了工人的工作环境，实现了安全生产。
5　结束语
（1）在运行环境恶劣而且需要调速的生产工艺设备，可通过采用拖动系统的变频改造，实现设备的安全稳定运行，降低设备的维护检修费用，提高设备运转率。
（2）通过采用先进的检测控制技术和设备，可实现复杂的逻辑、时序控制，特别是在高危高尘行业，采用先进的控制技术，可大大降低工人劳动强度，改善工人的作业环境，实现安全生产。
（3）拖动设备改造完成投入运行后，设备运行安全稳定，设备可运转率达99%以上。配料车拖动方式的成功改造，实现了变频调速技术在碳素生产配料车上的成功应用，具有较好的相关行业推广应用参考价值，特别是设备运行环境恶劣场所，变频调速技术更有着广泛的应用前景。