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英威騰工程傳動在新建氧化鋁冶煉項目上的應(yīng)用
  • 企業(yè):深圳市英威騰電氣股份有限公司     領(lǐng)域:運動控制與伺服系統(tǒng)     行業(yè):冶金    
  • 點擊數(shù):2135     發(fā)布時間:2016-11-28 19:55:41
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摘要:本文解析了氧化鋁的生產(chǎn)流程過程及對變頻器的要求,介紹了基于ControlNet冗余通訊網(wǎng)絡(luò)的英威騰Goodrive800變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線的系統(tǒng)應(yīng)用,大大降低了氧化鋁企業(yè)的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)設(shè)備的故障率,產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞:Goodrive800 ControlNet 氧化鋁 冗余通訊 變頻器

1 引言

由于氧化鋁生產(chǎn)對變頻器提出了很高的要求,設(shè)計院在做設(shè)計時,都毫無例外地選用ABB、西門子、施耐德、AB等進口變頻器。 國內(nèi)某80萬噸氧化鋁生產(chǎn)線整線傳動首次采用國產(chǎn)英威騰Goodrive800系列變頻器, 網(wǎng)絡(luò)采用ControlNet雙網(wǎng)冗余通訊控制方案.現(xiàn)場運行表明Goodrive800變頻器運行穩(wěn)定,成功地替代了進口品牌變頻器,而且性價比更高。

2 生產(chǎn)流程及對變頻器要求

2.1 氧化鋁生產(chǎn)流程

從鋁礬土礦石生產(chǎn)出合格的氧化鋁需要經(jīng)過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾個大的生產(chǎn)流程,按工藝流程的次序組織為原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大車間,為充分利用母液,再設(shè)置一個蒸發(fā)工序車間。原料車間用以制備粒度、成份比例等指標(biāo)都符合要求的原礦漿;溶出車間通過多級預(yù)熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環(huán)境,并保證足夠的溶出時間,以使原礦漿中的氧化鋁成份溶出至鋁酸鈉溶液中。沉降車間通過沉降和多次反向洗滌,將料漿中的粗液及附著堿與各種雜質(zhì)構(gòu)成的赤泥進行分離,分離出的粗液經(jīng)葉濾機過濾后制得精液,再送至分解車間與晶種混合,逐級進入各分解槽進行降溫、攪拌,以充分析出氫氧化鋁,析出的氫氧化鋁漿液經(jīng)分級后細料進種子過濾制備晶種,粗料送焙燒車間經(jīng)過濾后進行高溫焙燒,最終制得成品氧化鋁。蒸發(fā)車間用于對循環(huán)母液進行濃縮處理,以除去在流程中進入母液中的多余水分,達到工藝要求的母液濃度。

2.2 氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求

整個氧化鋁生產(chǎn)過程對物料的運送由漿泵、進料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環(huán)泵等各種不同功能的泵承擔(dān)。生產(chǎn)過程中,物料及反應(yīng)容器的溫度、壓力、配料流量等指標(biāo)的控制非常嚴(yán)格;同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運轉(zhuǎn)設(shè)備的連續(xù)運行,以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設(shè)備和焙燒系統(tǒng)易燃易爆設(shè)備的安全運行,要求對運送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運行。氧化鋁生產(chǎn)工序比較復(fù)雜,生產(chǎn)環(huán)境差,溫度高,粉塵多,對變頻器的主要要求有:

1) 漿泵、進料泵、出料泵等的工作介質(zhì)是非常粘稠的礦漿,其負載特性接近恒轉(zhuǎn)矩負載特性。由于某種原因使生產(chǎn)短時停頓,粘稠的礦漿會產(chǎn)生沉降,恢復(fù)生產(chǎn)再次起動時,這些泵的起動力矩非常大,因此要求變頻器有足夠大的起動力矩和較高的過載能力。

2) 氧化鋁生產(chǎn)線占地的面積很大,其電氣控制設(shè)備和變頻器均安裝在配電房內(nèi),大部分的電機與變頻器的距離在100-300米,要求變頻器的輸出接上100-300米電纜能夠正常工作。

3) 變頻器的輸出含有高次諧波,現(xiàn)場使用的變頻器的數(shù)量多,必須考慮諧波對DCS控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制儀表干擾,要求變頻的輸出諧波含量較低,低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB12668-2.2002、GB12668-3.2003所要求的諧波含量。

4) 氧化鋁生產(chǎn)具有連續(xù)性,生產(chǎn)過程中因某臺設(shè)備故障引起全線停產(chǎn),將帶來極大的損失,因此,對變頻器的可靠性要求極高。

3 Goodrive800變頻器技術(shù)特性

1) 標(biāo)配STO(安全轉(zhuǎn)矩截止)以及SS1(安全停車1)的功能性安全方案符合最新的歐盟機械指令2006/42/EC

2) 支持Profibus-DP/Can/ControlNET/DeviceNet等多種總線

3) 變頻器單元模塊化設(shè)計,功率密度大,成柜尺寸小

4) 變頻器單元上進下出進線設(shè)計,方便并機組成大系統(tǒng)

5) 變頻器單元移動輪滑式結(jié)構(gòu)設(shè)計方便系統(tǒng)維護

6) 整流逆變功率單元相互兼容,降低后期維護成本

7) 變頻器單元通過光纖通訊由控制單元控制,控制單元獨立模塊化設(shè)計,方便系統(tǒng)成柜,可分布式安裝,強弱電隔離,抗干擾能力強

8) 四象限整流能量回饋時網(wǎng)側(cè)諧波≤5%,對電網(wǎng)干擾小

9) 母線電壓可調(diào),在電網(wǎng)電壓波動較大時,能保證輸出電壓穩(wěn)定

10) 優(yōu)越的矢量控制性能,啟動轉(zhuǎn)矩大,閉環(huán)矢量啟動轉(zhuǎn)矩可達200%額定轉(zhuǎn)矩

4 ControlNet冗余網(wǎng)絡(luò)介紹

ControlNet是近年來推出的面向控制層的實時性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò),在同一物理層介質(zhì)鏈路上提供時間關(guān)鍵性I/O數(shù)據(jù)和報文數(shù)據(jù),包括程序的上傳/下載,組態(tài)數(shù)據(jù)和端到端的報文傳遞等通訊支持,是具有高度確定性、可重復(fù)的高速控制和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),I/O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大的提高。

ControlNet允許在同一鏈路上有多個控制器共存,支持輸入數(shù)據(jù)或端到端的多路發(fā)送,這就大大的減少了網(wǎng)絡(luò)上的交通量,提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能。ControlNet能預(yù)見數(shù)據(jù)何時能夠可靠傳輸?shù)侥繕?biāo)的能力,同時數(shù)據(jù)的傳輸時間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點添加/刪除情況或網(wǎng)絡(luò)繁忙狀況而保持恒定的能力。在實際應(yīng)用中,通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時選擇性設(shè)定有計劃I/O分組或互鎖時間,這些要求能得到更進一步的保證。

ControlNet具有可選的介質(zhì)冗余和本征安全優(yōu)點,安裝和維護簡單,網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點居于對等地位,可以從任意節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取;拓撲結(jié)構(gòu)(總線型、樹型、星型等)和介質(zhì)選擇(同軸電纜、光纖和其它)可以靈活選擇。

5 Goodrive800變頻器現(xiàn)場應(yīng)用情況

5.1 變頻器選用情況

國內(nèi)某生產(chǎn)企業(yè)新上年產(chǎn)80萬噸氧化鋁冶煉項目,經(jīng)過甄選最終選用深圳市英威騰電氣股份有限公司自主開發(fā)的新一代高性能、采用轉(zhuǎn)子磁場定向的Goodrive800工程型矢量控制變頻器,對其生產(chǎn)過程的每一道工序提供變頻調(diào)速(功率從15kW到800kW),共安裝使用144臺.

英威騰工程傳動在新建氧化鋁冶煉項目上的應(yīng)用_2016-10-182349.png

5.2 控制層及設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)拓撲

整條生產(chǎn)線電氣部分控制層采用AB公司DCS系統(tǒng),配置ControlNet雙網(wǎng)冗余通訊網(wǎng)絡(luò),對Goodrive800變頻器為主的設(shè)備層節(jié)點進行控制,系統(tǒng)拓撲圖(局部)如下:

英威騰工程傳動在新建氧化鋁冶煉項目上的應(yīng)用_2016-10-182449.png

5.3 變頻器選型配置

1) 針對氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求,選用的Goodrive800變頻器1Hz時的轉(zhuǎn)矩可達200%,無需閉環(huán)運行。

2) 考慮到過載因素,在實際應(yīng)用時電動機的容量會加大一檔,變頻器的容量也適當(dāng)增大。

3) 考慮到整個生產(chǎn)線使用變頻器較多,在變頻器的輸入側(cè)加裝輸入電抗器和輸入濾波器,保證在任何情況下都不會對計算控制系統(tǒng)和數(shù)字儀表造成干擾。

4) 考慮輸出電纜的長度增加,分布電容和分布電感也相應(yīng)增加,對某次諧波可能會引起震蕩或形成駐波,這將嚴(yán)重影響電動機的運行。在變頻器的輸出側(cè)加裝輸出電抗器或再加輸出濾波器,平抑變頻器輸出的dU/dt尖脈沖。

5.4 變頻器電氣原理圖及功能設(shè)置

5.4.1 氣原理圖

英威騰工程傳動在新建氧化鋁冶煉項目上的應(yīng)用_2016-10-182739.png 

5.4.2 變頻器控制盒端子功能

序號

端子號

功能

注釋

1

+24V

控制盒DC24V工作電源


2

COM

3

S1

數(shù)字量輸入:正轉(zhuǎn)運行


4

S2

數(shù)字量輸入:命令切換到通訊


5

S3

數(shù)字量輸入:外部故障輸入


6

COM

數(shù)字信號公共端;


7

RO1A

繼電器輸出:運行中


8

RO1C

9

RO2A

繼電器輸出:變頻器故障


10

RO2C

11

ControlNet卡

實現(xiàn)變頻器與DCS通訊連接

通過T型頭連接至ControlNet冗余網(wǎng)絡(luò)

5.4.3 變頻器功能碼設(shè)置表

功能碼

功能說明

備注

P00.00=2

速度控制模式

空間電壓矢量控制模式

P00.01=1

運行指令通道

端子運行指令通道

P00.02=1

通訊運行指令通訊通道選擇

ControlNet通訊通道

P00.06=9

A頻率指令選擇

ControlNet通訊設(shè)定

P00.11

加速時間1

根據(jù)現(xiàn)場工藝設(shè)定

P00.12

減速時間1

根據(jù)現(xiàn)場工藝設(shè)定

P00.13=2

運行方向選擇

禁止反轉(zhuǎn)運行

P00.17

變頻器應(yīng)用場合

根據(jù)具體設(shè)備設(shè)定輕重過載應(yīng)用

P01.05

加減速方式選擇

皮帶機選擇S曲線型

P02.01

異步電機1額定功率

電機銘牌數(shù)據(jù)

P02.02

異步電機1額定頻率

電機銘牌數(shù)據(jù)

P02.03

異步電機1額定轉(zhuǎn)速

電機銘牌數(shù)據(jù)

P02.04

異步電機1額定電壓

電機銘牌數(shù)據(jù)

P02.05

異步電機1額定電流

電機銘牌數(shù)據(jù)

P05.01=1

S1端子功能選擇

正轉(zhuǎn)運行

P05.02=38

S2端子功能選擇

命令切換到通訊

P05.03=9

S3端子功能選擇

外部故障輸入

P05.13

S1端子閉合延時時間

先運行冷卻風(fēng)機,后運行主電機(根據(jù)客戶要求設(shè)定)

P06.03=1

繼電器RO1輸出選擇

運行中

P06.04=5

繼電器RO2輸出選擇

變頻器故障

P06.07=8

輸出端子極性選擇

故障取反

P21.00=0

模塊類型

ControlNet

P21.01

ControlNet模塊地址

根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)定唯一值

P21.02=1

PZD2接收

設(shè)定頻率

P21.13=1

PZD2發(fā)送

運行頻率

P21.14=5

PZD3發(fā)送

輸出電流

P21.15=19

PZD4發(fā)送

端子輸入狀態(tài)

P21.26=22

ControlNet輸入長度

DCS的配置通訊卡的輸入長度,根據(jù)DCS要求設(shè)置

P21.27=14

ControlNet輸出長度

DCS的配置通訊卡的輸出長度,根據(jù)DCS要求設(shè)置

每個工序的變頻器控制原理基本相同,工段和工序不同,功能設(shè)置也有一些差別,表中僅列出溶出稀釋后泵Goodrive800 250kW變頻器功能設(shè)置參數(shù),僅供參考。

6 結(jié)論

目前Goodrive800變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線已經(jīng)成功投運超過一年,英威騰變頻器的高可靠性得到了充分的驗證,與進口變頻器相比毫不遜色。英威騰Goodrive800變頻器在氧化鋁行業(yè)成功地替代了進口品牌變頻器,而且性價比更高,深得用戶的滿意。 

 

參考文獻

[1] Goodrive800系列產(chǎn)品變頻器軟件手冊.深圳市英威騰電氣股份有限公司

[2] Goodrive800系列工程傳動變頻器產(chǎn)品手冊.深圳市英威騰電氣股份有限公司





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