引言

自動廂式壓濾機是株洲冶煉集團股份有限公司重要的液固分離及排渣設備，因其具有投資成本低、排渣量大等優(yōu)點,在許多行業(yè)得以廣泛應用。但其拉板系統(tǒng)由于各種原因，經(jīng)常出現(xiàn)沖擊力大、拉鉤不平衡、拉板無力、高速傳感器損壞，甚至鏈條、傳動軸被拉斷等現(xiàn)象,對生產(chǎn)造成了較大影響，且大大增加了設備本身的維護成本。經(jīng)分析，該拉板系統(tǒng)在機械、電氣方面基本上都為剛性結構,其工作過程及原理大致如下:拉開板框的過程分為拉板器前進送鉤,碰上濾板后，機械方面的設計使得拉鉤反方向鉤住濾板，此時可編程控制器（PLC）獲得一個信號，拉板電機反方向運轉，拉板器后退，完成一次拉板過程。然后PLC再次獲得電機換向信號，經(jīng)過幾秒鐘的延時（可調(diào)）后，開始第二次送鉤……該過程的剛性表現(xiàn)為:（1）驅(qū)動拉鉤的電機為直接50Hz工頻啟動，勢必對各傳動部件形成機械沖擊;（2）拉板器換向信號的獲取是建立在電機被完全堵轉的基礎上的，即依靠機械阻力使得電機負載在電動狀態(tài)下被強行制動，且該堵轉過程至少維持50ms以上。由此引起的機械沖擊及強制反作用力對各部件的損傷更是致命的。雖然機械設計在傳動部分采用了摩擦傳動以減少沖擊，但仍不能從根本上解決該問題。而且摩擦片的調(diào)整必須依賴豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，調(diào)得太緊，起不到減少沖擊的作用;調(diào)得太松，則造成拉板無力，拉鉤反復換向。在該系統(tǒng)中引入變頻驅(qū)動，采用一套新的控制方法，能夠較好地解決這一系列的問題。

1變頻器在電機控制中的應用

交流調(diào)速系統(tǒng)按其原理可分為轉差功率消耗型、轉差功率回饋型和轉差功率不變型三種。其中以變頻調(diào)速為代表的轉差功率不變型的交流調(diào)速技術因其效率最高，調(diào)速范圍廣，且屬于無級調(diào)速等優(yōu)點,成為近年來發(fā)展最快應用最廣的交流調(diào)速系統(tǒng)。

1.1利用變頻器改善電動機的起動性能

由電機學原理可知，電機在直接工頻啟動時，啟動電流通常是其額定電流的4~7倍。對于經(jīng)常啟動的電動機，過大的啟動電流將造成電機發(fā)熱，影響電機壽命;同時電動機繞組（特別是端部）在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電機。拖動負載時，直接啟動還將對負載產(chǎn)生強烈的機械沖擊。

帶變頻驅(qū)動的電機起動時，其同步轉速（與電機電源頻率成正比）的控制變得極其方便，可以通過簡單的參數(shù)設置獲得多種不同的起動性能來達到起動平滑且機械特性好的目的，滿足不同的負載要求。

1.2變頻器對電動機的多段速控制

多段速控制是變頻控制中的一項重要內(nèi)容。它既可以通過預先設定好的運行程序控制電機的轉速和方向，也可以通過變頻器的多功能輸入端子上ON/OFF信號的組合選擇所需要的運行狀態(tài)。

1.3變頻器對電機的狀態(tài)監(jiān)控和信號反饋

變頻器作為一種智能控制設備,除了對電機實現(xiàn)高性能控制外，還可對電機的狀態(tài)進行十分全面的監(jiān)控，如當前的實際輸出頻率、電機轉速、輸出電流、負載轉矩，輸出功率、直流電壓等，并將其監(jiān)控結果通過變頻器的多功能輸出端子輸出信號。

2變頻拉板系統(tǒng)的控制過程和原理

基于以上所述變頻器的幾項重要性能和特點，在自動廂式壓濾機原拉板系統(tǒng)中引入變頻驅(qū)動，即可達到該系統(tǒng)電氣柔性化改造的目的。本試驗所用變頻器為富士公司的FRNGllS系列的1.5kW容量的變頻器。所用拉板電機仍為原系統(tǒng)中的SEW公司的DT80K4型的0.55kW電機。

2.1變頻拉板系統(tǒng)的控制過程

與原系統(tǒng)一樣，廂式壓濾機完成相應的程序步驟，進入卸渣加序時，應進行如前言中所述的送鉤拉板過程。與原系統(tǒng)通過接觸器的交替通斷對拉板電機進行直接起動和正方轉控制所不同的是，在變頻拉板系統(tǒng)中，送鉤信號（由PLC給出）到來時，拉板電機從0Hz勻加速至50Hz運行，加速時間7\=3s;在50Hz（高速段）運行鳥=4s后,減速至20Hz（低速段）運行（以上頻率和時間參數(shù)均在變頻器或PLC程序中可調(diào),應根據(jù)現(xiàn)場多次調(diào)試以獲得最佳配置）。在此過程中，拉板器將運行完一個行程，拉鉤碰上濾板。因濾板不能再向前推進,必然導致電機負載轉矩增大，電流上升。此時變頻器將輸出一個0N信號至PLC作為拉板電機停止及換向的信號，并由此控制拉板電機開始進行反向拉板過程。拉板和送鉤過程相似，同樣分為高速、低速和過流換向。由該過程描述可知,與原系統(tǒng)相比，后者在電機起動方式上為軟啟動模式，在拉鉤碰撞濾板前速度減小60%（參數(shù)設置合理的話，可減速更多）。顯然，該方法對增加機械運動過程的平滑性，對減少系統(tǒng)傳動部件的沖擊是相當有效的。

2.2變頻拉板系統(tǒng)的控制原理

該變頻拉板系統(tǒng)的控制原理可粗略概括為PLC對變頻器的控制和變頻器對電機的控制兩部分。即PLC程序根據(jù)實際的動作要求輸出開關量信號到變頻器的控制端，變頻器輸出相應的頻率和方向信號來控制拉板電機的轉速和方向。其對應關系列于表1。

表1變頻器控制端信號組合與電動機狀態(tài)對應關系表

FWD	變頻器控制端			-電動機狀態(tài)
	REV	X2	XI
1	0	0	1	正向髙速
1	0	1	0	正向低速
0	1	0	1	反向高速
0	1	1	0	反向低速
0	0	1	1	停止運行

該控制方案中的關鍵點還在于電機換向的控制。其原理如下:在變頻器中根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)設置電機過載預報水平，拉鉤碰上濾板后待電流升高至閥值時,變頻器輸出過載預報信號至PLC,后者執(zhí)行程序控制變頻器減速停止，經(jīng)過數(shù)秒延時后電機換向。作為現(xiàn)場電機狀態(tài)的反饋信號，其過載水平的高低直接影響到電機強行制動時間的長短。如閥值設置過高，則如前言所述的強制反作用力將持續(xù)過長時間,容易造成機械張力過大而引發(fā)疲勞損傷;閥值設置過低，則容易造成在拉鉤正常運行過程中遭遇某些輕微外來阻力時，變頻器也輸出過載預報信號使拉板器反復停止和換向。

變頻器與PLC控制電機轉速與換向的過程變化情況如圖1所示（注：FWD、REV、X1、X2為變頻器控制端，由PLC輸出其信號,Y5為變頻器的繼電器接點輸出端子，作為PLC的輸入信號）。

由于變頻器在接受到停止信號時是勻減速停止的,在減速過程中電機仍有轉速，拉板器仍有一定的行進距離，而這個行進距離，正是造成機械張力和疲勞損傷的重要因素。因此，要做到換向過程的柔性化,需對變頻器的減速時間加以嚴格的控制。根據(jù)現(xiàn)場試驗，這一點還是較為容易做到的。一是由于拉板系統(tǒng)本身是一個小慣量系統(tǒng)，減速時間短（設為18）也不容易造成變頻器過電壓跳閘;二是電機在碰上濾板前已經(jīng)是低頻率運行，則從運行到停止的時間不到實際設置的減速時間的一半，其持續(xù)過載造成的影響基本可以忽略;三是在變頻器的選型上選擇比所拖動的電機高兩個容量級別，則更能確保變頻器能適應很短的減速時間；四是可以為變頻器增加外部制動電阻，以達到快速制動的目的。

在減速時間設置為極短的情況下，即使過載閥值設置偏高，電機的堵轉行進距離也是相當短的。因此，與原系統(tǒng)由滾動摩擦堵轉成滑動摩擦以獲得反向信號相比，該控制系統(tǒng)中換向過程的柔性化改造也是很有效果的。

3與原系統(tǒng)的程序連鎖及故障保護

由于該變頻拉板系統(tǒng)僅僅是原自動廂式壓濾機電控系統(tǒng)的一部份，且考慮到程序改動后不影響原來的操作習慣，必須將改造后的拉板系統(tǒng)中的PLC程序與原主程序進行銜接和連鎖，并將變頻器的故障報警輸出作為主系統(tǒng)的一個報警信號編入程序。

4結束語

雖然該控制方案可以基本解決原拉板系統(tǒng)中機械沖擊等問題，但對于拉板器或傳動鏈條調(diào)整不平衡以及因此引起的誤差累計導致的機械扭損現(xiàn)象不能起根本性的作用。盡管如此，柔性化改造仍然可以極大地延緩這種誤差累計和機械扭損。改造前,一臺廂式壓濾機拉板傳動軸每月因機械扭損彎曲而報廢的故障平均達3次,累計故障處理時間達10h,用于檢測電機轉速的高速傳感器基本上每月都需要更換。從改造后運行一年多的情況來看，至今沒有出現(xiàn)過傳動軸損壞的現(xiàn)象。此外，該變頻控制系統(tǒng)的改造成本低，只需增加一臺0.75kW的小功率通用變頻器和一根10芯控制電纜,費用在3000元左右。且拆除原系統(tǒng)中的高速傳感器和一套帶摩擦傳動的專用減速箱后，拉板系統(tǒng)元器件損壞率幾乎為零,設備作業(yè)率由原來的89%提高至95%以上，年節(jié)約維護維修費用達6萬元以上。同時由于關鍵設備作業(yè)率的提高,本改造方案對整個生產(chǎn)工藝流程方面所產(chǎn)生的效益則更為顯著。

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