introductory

Automatic Chamber Filter Press是株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司重要的液固分離及排渣設(shè)備，因其具有投資成本低、排渣量大等優(yōu)點(diǎn),在許多行業(yè)得以廣泛應(yīng)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(wú)力、高速傳感器損壞，甚至鏈條、傳動(dòng)軸被拉斷等現(xiàn)象,對(duì)生產(chǎn)造成了較大影響，且大大增加了設(shè)備本身的維護(hù)成本。經(jīng)分析，該拉板系統(tǒng)在機(jī)械、電氣方面基本上都為剛性結(jié)構(gòu),其工作過(guò)程及原理大致如下:拉開(kāi)板框的過(guò)程分為拉板器前進(jìn)送鉤,碰上濾板后，機(jī)械方面的設(shè)計(jì)使得拉鉤反方向鉤住濾板，此時(shí)可編程控制器（PLC）獲得一個(gè)信號(hào)，拉板電機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，拉板器后退，完成一次拉板過(guò)程。然后PLC再次獲得電機(jī)換向信號(hào)，經(jīng)過(guò)幾秒鐘的延時(shí)（可調(diào)）后，開(kāi)始第二次送鉤……該過(guò)程的剛性表現(xiàn)為:（1）驅(qū)動(dòng)拉鉤的電機(jī)為直接50Hz工頻啟動(dòng)，勢(shì)必對(duì)各傳動(dòng)部件形成機(jī)械沖擊;（2）拉板器換向信號(hào)的獲取是建立在電機(jī)被完全堵轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上的，即依靠機(jī)械阻力使得電機(jī)負(fù)載在電動(dòng)狀態(tài)下被強(qiáng)行制動(dòng)，且該堵轉(zhuǎn)過(guò)程至少維持50ms以上。由此引起的機(jī)械沖擊及強(qiáng)制反作用力對(duì)各部件的損傷更是致命的。雖然機(jī)械設(shè)計(jì)在傳動(dòng)部分采用了摩擦傳動(dòng)以減少?zèng)_擊，但仍不能從根本上解決該問(wèn)題。而且摩擦片的調(diào)整必須依賴豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)得太緊，起不到減少?zèng)_擊的作用;調(diào)得太松，則造成拉板無(wú)力，拉鉤反復(fù)換向。在該系統(tǒng)中引入變頻驅(qū)動(dòng)，采用一套新的控制方法，能夠較好地解決這一系列的問(wèn)題。

1變頻器在電機(jī)控制中的應(yīng)用

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

1.1利用變頻器改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能

由電機(jī)學(xué)原理可知，電機(jī)在直接工頻啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流通常是其額定電流的4~7倍。對(duì)于經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，過(guò)大的啟動(dòng)電流將造成電機(jī)發(fā)熱，影響電機(jī)壽命;同時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組（特別是端部）在電動(dòng)力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，可能造成短路而燒壞電機(jī)。拖動(dòng)負(fù)載時(shí)，直接啟動(dòng)還將對(duì)負(fù)載產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊。

帶變頻驅(qū)動(dòng)的電機(jī)起動(dòng)時(shí)，其同步轉(zhuǎn)速（與電機(jī)電源頻率成正比）的控制變得極其方便，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置獲得多種不同的起動(dòng)性能來(lái)達(dá)到起動(dòng)平滑且機(jī)械特性好的目的，滿足不同的負(fù)載要求。

1.2變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)的多段速控制

多段速控制是變頻控制中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。它既可以通過(guò)預(yù)先設(shè)定好的運(yùn)行程序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，也可以通過(guò)變頻器的多功能輸入端子上ON/OFF信號(hào)的組合選擇所需要的運(yùn)行狀態(tài)。

1.3變頻器對(duì)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控和信號(hào)反饋

變頻器作為一種智能控制設(shè)備,除了對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能控制外，還可對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行十分全面的監(jiān)控，如當(dāng)前的實(shí)際輸出頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出電流、負(fù)載轉(zhuǎn)矩，輸出功率、直流電壓等，并將其監(jiān)控結(jié)果通過(guò)變頻器的多功能輸出端子輸出信號(hào)。

2變頻拉板系統(tǒng)的控制過(guò)程和原理

基于以上所述變頻器的幾項(xiàng)重要性能和特點(diǎn)，在自動(dòng)廂式壓濾機(jī)原拉板系統(tǒng)中引入變頻驅(qū)動(dòng)，即可達(dá)到該系統(tǒng)電氣柔性化改造的目的。本試驗(yàn)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(jī)仍為原系統(tǒng)中的SEW公司的DT80K4型的0.55kW電機(jī)。

2.1變頻拉板系統(tǒng)的控制過(guò)程

與原系統(tǒng)一樣，廂式壓濾機(jī)完成相應(yīng)的程序步驟，進(jìn)入卸渣加序時(shí)，應(yīng)進(jìn)行如前言中所述的送鉤拉板過(guò)程。與原系統(tǒng)通過(guò)接觸器的交替通斷對(duì)拉板電機(jī)進(jìn)行直接起動(dòng)和正方轉(zhuǎn)控制所不同的是，在變頻拉板系統(tǒng)中，送鉤信號(hào)（由PLC給出）到來(lái)時(shí)，拉板電機(jī)從0Hz勻加速至50Hz運(yùn)行，加速時(shí)間7\=3s;在50Hz（高速段）運(yùn)行鳥(niǎo)=4s后,減速至20Hz（低速段）運(yùn)行（以上頻率和時(shí)間參數(shù)均在變頻器或PLC程序中可調(diào),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試以獲得最佳配置）。在此過(guò)程中，拉板器將運(yùn)行完一個(gè)行程，拉鉤碰上濾板。因?yàn)V板不能再向前推進(jìn),必然導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，電流上升。此時(shí)變頻器將輸出一個(gè)0N信號(hào)至PLC作為拉板電機(jī)停止及換向的信號(hào)，并由此控制拉板電機(jī)開(kāi)始進(jìn)行反向拉板過(guò)程。拉板和送鉤過(guò)程相似，同樣分為高速、低速和過(guò)流換向。由該過(guò)程描述可知,與原系統(tǒng)相比，后者在電機(jī)起動(dòng)方式上為軟啟動(dòng)模式，在拉鉤碰撞濾板前速度減小60%（參數(shù)設(shè)置合理的話，可減速更多）。顯然，該方法對(duì)增加機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程的平滑性，對(duì)減少系統(tǒng)傳動(dòng)部件的沖擊是相當(dāng)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(duì)變頻器的控制和變頻器對(duì)電機(jī)的控制兩部分。即PLC程序根據(jù)實(shí)際的動(dòng)作要求輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)到變頻器的控制端，變頻器輸出相應(yīng)的頻率和方向信號(hào)來(lái)控制拉板電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。其對(duì)應(yīng)關(guān)系列于表1。

表1變頻器控制端信號(hào)組合與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系表

FWD	變頻器控制端			-電動(dòng)機(jī)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(yùn)行

該控制方案中的關(guān)鍵點(diǎn)還在于電機(jī)換向的控制。其原理如下:在變頻器中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試數(shù)據(jù)設(shè)置電機(jī)過(guò)載預(yù)報(bào)水平，拉鉤碰上濾板后待電流升高至閥值時(shí),變頻器輸出過(guò)載預(yù)報(bào)信號(hào)至PLC,后者執(zhí)行程序控制變頻器減速停止，經(jīng)過(guò)數(shù)秒延時(shí)后電機(jī)換向。作為現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)狀態(tài)的反饋信號(hào)，其過(guò)載水平的高低直接影響到電機(jī)強(qiáng)行制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。如閥值設(shè)置過(guò)高，則如前言所述的強(qiáng)制反作用力將持續(xù)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間,容易造成機(jī)械張力過(guò)大而引發(fā)疲勞損傷;閥值設(shè)置過(guò)低，則容易造成在拉鉤正常運(yùn)行過(guò)程中遭遇某些輕微外來(lái)阻力時(shí)，變頻器也輸出過(guò)載預(yù)報(bào)信號(hào)使拉板器反復(fù)停止和換向。

變頻器與PLC控制電機(jī)轉(zhuǎn)速與換向的過(guò)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(hào),Y5為變頻器的繼電器接點(diǎn)輸出端子，作為PLC的輸入信號(hào)）。

由于變頻器在接受到停止信號(hào)時(shí)是勻減速停止的,在減速過(guò)程中電機(jī)仍有轉(zhuǎn)速，拉板器仍有一定的行進(jìn)距離，而這個(gè)行進(jìn)距離，正是造成機(jī)械張力和疲勞損傷的重要因素。因此，要做到換向過(guò)程的柔性化,需對(duì)變頻器的減速時(shí)間加以嚴(yán)格的控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，這一點(diǎn)還是較為容易做到的。一是由于拉板系統(tǒng)本身是一個(gè)小慣量系統(tǒng)，減速時(shí)間短（設(shè)為18）也不容易造成變頻器過(guò)電壓跳閘;二是電機(jī)在碰上濾板前已經(jīng)是低頻率運(yùn)行，則從運(yùn)行到停止的時(shí)間不到實(shí)際設(shè)置的減速時(shí)間的一半，其持續(xù)過(guò)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(dòng)的電機(jī)高兩個(gè)容量級(jí)別，則更能確保變頻器能適應(yīng)很短的減速時(shí)間；四是可以為變頻器增加外部制動(dòng)電阻，以達(dá)到快速制動(dòng)的目的。

在減速時(shí)間設(shè)置為極短的情況下，即使過(guò)載閥值設(shè)置偏高，電機(jī)的堵轉(zhuǎn)行進(jìn)距離也是相當(dāng)短的。因此，與原系統(tǒng)由滾動(dòng)摩擦堵轉(zhuǎn)成滑動(dòng)摩擦以獲得反向信號(hào)相比，該控制系統(tǒng)中換向過(guò)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(hù)

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

4結(jié)束語(yǔ)

雖然該控制方案可以基本解決原拉板系統(tǒng)中機(jī)械沖擊等問(wèn)題，但對(duì)于拉板器或傳動(dòng)鏈條調(diào)整不平衡以及因此引起的誤差累計(jì)導(dǎo)致的機(jī)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(jì)和機(jī)械扭損。改造前,一臺(tái)廂式壓濾機(jī)拉板傳動(dòng)軸每月因機(jī)械扭損彎曲而報(bào)廢的故障平均達(dá)3次,累計(jì)故障處理時(shí)間達(dá)10h,用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高速傳感器基本上每月都需要更換。從改造后運(yùn)行一年多的情況來(lái)看，至今沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)傳動(dòng)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(tái)0.75kW的小功率通用變頻器和一根10芯控制電纜,費(fèi)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(dòng)的專用減速箱后，拉板系統(tǒng)元器件損壞率幾乎為零,設(shè)備作業(yè)率由原來(lái)的89%提高至95%以上，年節(jié)約維護(hù)維修費(fèi)用達(dá)6萬(wàn)元以上。同時(shí)由于關(guān)鍵設(shè)備作業(yè)率的提高,本改造方案對(duì)整個(gè)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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Technology: 18851718517

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