利用PLC与变频器控制电除尘输灰系统.doc

利用PLC与变频器控制电除尘输灰系统本文来自:输灰系统是电除尘生产环节中的重要组成部分，其运行好坏直接影响电除尘器的运行质量。本文介绍的是根据输灰系统在运行过程中出现的问题，利用PLC及变频器进行控制，改善输灰系统的运行方式，给电除尘器的运行及系统生产带来在节能降耗、稳定运行等方面的成效。系统设备及运行情况介绍我公司使用电除尘器回收喷射炉排放烟汽中的碱尘。回送到系统中，以减少系统生产中的碱损失，降低成本。三号喷射炉电除尘是2000年改造安装的除尘系统。由两列四室电场组成。每列电场回收的碱尘，由两条纵向灰斗刮板经各自对应的排灰阀送到总刮板内刮出。在除尘器运行过程中，输灰刮板连续运行，而碱尘断续输送。刮板和排灰阀大部分时间运转在空转情况下，设备利用率低。且因磨损严重故障率高而影响除尘器的投入。从现象上看，出现这种情况的原因是刮板的速度快、能力大。为改善这种情况，尝试对输灰系统的运行方式进行改变。将连续运转的方式改变为总刮板连续运转，其余四个输灰单元（灰斗刮板加排灰阀）分步轮流循环运转。这样减少了各输灰单元的运转时间，通过对周期时间调整尽可能使刮板内的碱尘连续输送，降低磨损减少故障发生，提高设备利用率。同时，还可达到节能的目的。改变运转方式的实施过程要实现输灰单元的分步循环运转，必须解决如何实现对四个输灰单元的自动分步控制，以及由此引起的输灰系统与除尘器供电装置连锁功能的保证问题。1、实现自动分步循环控制利用PLC实现对电机的循环逻辑程序控制是最为简便、可靠的。该除尘系统中，振打电机的运行控制、五条刮板的断链报警，以及输灰单元与除尘器电源间的连锁是由PLC实现控制的。采用日本三菱F140MR型号PLC。其逻辑程序梯形框图如图1所示。图中括号内是另一列电场振打用的输出点和计时器。为实现上述功能已将PLC的输入输出点以及内部计时器占用得所剩无几。如果再利用它实现对输灰单元的分步循环控制，需加扩展单元。从图中可见两列振打控制程序完全相同，但占用了不同的输入输出点和计时器。而从除尘器的生产运行情况来看，两列电场运行相互独立，互不影响。相同的振打运行方式完全可由一组程序和点来控制两列电场的振打。省下的点和计时器来实现对输灰单元的分步循环自动控制。此前，每个输灰单元的灰斗刮板和排灰阀间，以及与总刮板在电气控制上存在顺序连锁关系（电路图略）。因此完成对排灰阀的分步控制，即可实现每个输灰单元的分步运行。基于此情况对排灰阀的运行控制进行编程。2、连锁功能的保证每列电场的两条灰斗刮板与除尘器电源之间存在电气连锁。也就是说正常情况下，只有在输灰系统开启后，方能将除尘器电源投入进行收尘。以避免输灰系统出现故障时电场仍然收尘。造成灰斗内碱尘堆积，给检修维护带来困难。改成分步循环运行方式后，原有的连锁程序将不能保证功能的实现，需重新设计。更改后的连锁程序梯形图如图3所示。3、运行过程中出现的问题及解决办法在进行了编程和控制电路的改动后，对分步循环运行方式进行了空载运行。为避免电机在短时间内因频繁起停对使用寿命带来影响，同时又考虑到，如果停刮时间太长积灰量过多，给输灰带来困难，将循环周期定为40分钟。即每个单元开10分钟，停30分钟。空栽运行情况一切正常。投入电场进行收尘，带载运行后，则出现了每个输灰单元在运行的10分钟内，23分钟就把灰斗内的积灰刮完了。此期间内灰量很大其余时间很小。由于短时间内将大量的灰刮入生产系统中几立方米的槽内，与黑液进行混合。造成浓度、粘度太大喷射困难，给工艺生产带来影响。由此可见，刮板的能力大、速度快。只有将回收的碱尘均匀的刮入碱尘槽内进行混合，才能保证喷射炉生产的稳定。为此决定加装变频器对输灰系统实施调速控制。实施变频调速控制的过程1、变频器容量的选择及安装为保证在连续运行的方式下能够进行输灰系统的调速控制，按照输灰系统的电机总容量（28.8kW）而选择了富士FRN30P11S-4CX型号变频器。保留工频电源回路可与变频电源回路进行切换（图略）。2、调速控制给定方式的确定每列除尘器前后电场运行中所收粉尘量不同。两室电场前电场收尘约近70，后电场收尘约近30。为减小因振打过程产生的二次扬尘，改善收尘效率，振打采用图1中的程序由PLC进行控制。而作为收尘极的阳极板在振打过程中，前后电场收集的灰量不同。根据这一特点，将变频器的给定频率设定为多步频率给定。由前后电场阳极振打的运行情况控制变频器输出频率，调节电机转速。多步频率的设定为：两电场阳极振打同时运行时频率给定高，前电场阳极振打工作时频率给定次之。后电场阳极振打工作时频率给定低。具体的变频器接线及多步频率设定状态表如图4。图中KA1、KA2分别为前后电场振打的运行状态接点。KA3是输灰系统连续与分步循环方式的切换状态接点。当KA3闭合时输灰系统按振打运行状态给定的频率连续变速运行。当KA3断开时为分步循环输灰方式。此时，运行的输灰单元内的碱尘是停运期间积攒的。为保证输灰均匀，采取固定的给定频率。多步给定信号因KA3断 注：各曲线图中的四条曲线按序号分别代表的条件是 曲线1：变频器参数F09=0时驱动四个输灰单元的曲线曲线2：变频器参数F09=2、H10=1驱动四个输灰单元的曲线 曲线3：变频器参数F09=0时驱动一个输灰单元的曲线 曲线4：变频器参数F09=2、H10=1驱动一个输灰单元的曲线 图5 变频器不同参数和负荷下的输出电流、电压、输入功率随频率变化的曲线开失效。电位器W是为方便手动调频而加的给定信号电位器。3、给定频率值的确定和变频器参数的设定为了能够保证输灰的连续均匀，在除尘器正常收尘的情况下，利用变频器驱动输灰系统电机调速运转。结合不同运行方式观察到多步频率为10Hz、20Hz、30Hz连续输灰时，分步循环运行20Hz左右时，总刮板内刮灰基本均匀连续，检查灰斗没有积灰现象。在此过程中，发现总刮板在低速运行时，下料口下料困难。碱尘堆积在刮板机的封头板处，产生溢灰，造成故障，影响整个输灰系统的运行。因此将总刮板恢复为由工频电源供电。用变频器驱动四个输灰单元的8台电机。为取得变频器驱动的最佳效果，在变频器分别驱动四个和一个输灰单元的两种负荷情况下，以5Hz为一档，测出在变频器参数F09（转矩提升）、H10（自动节能）不同设定时，变频器显示的输出电流、电压，输入功率参数绘制成曲线如图5。从图5中可见，变频器输出在相同的频率下，转矩提升F09设定为0（自动）和F09设定为2（恒转矩）H10设定为1（节能）两种状态下，恒转矩节能运行的输出电流、电压、功率都明显小于自动转矩提升运行状态。输灰系统的负载为恒转矩特性负载。虽然在开环情况下，自动节能状态运行对恒转矩负载而言会产生控制响应延迟。而输灰系统的负荷变化不大，变频器容量又大于负载容量，这种延迟不会给输灰系统运行和变频器控制带来影响。由此确定在恒转矩自动节能状态下运行。为防止电机运行在低速下散热困难而影响使用寿命，对电机在10Hz运行的情况进行了监测。这期间正值暑期，环境温度在全年中最高。观测结果，电机温升没有超过允许温升，运行正常。运行效果经过一段时间的运行情况来看，利用PLC加变频器改善输灰系统运行方式后，取得了很好的成效。主要表现在以下几方面：1、输灰系统运行控制方式增加。由于运行控制方式增加，使输灰系统不同工况下运行方式的可选性增加。如检修时可采用工频单机方式，单列电场运行采用连续调速方式，两列电场运行采用变频器驱动分步循环运行方式。2、节能显著。在工频状态下运行时，测得输灰系统各电机的电流分别为：总刮板电机6.2A、灰斗刮板电机5.6A*4、排灰阀电机3.2A*4。因此工频下运行的电能消耗为P= *（6.2+5.6*4+3.2*4）*380*0.82=22.34kW。变频驱动连续运行时，按多步运行的最高频率30Hz计算。变频器显示的输入功率4.95kW，输出电流23A，电压170V。加上总刮板消耗的功率P= *380*6.2*0.82=3.35kW，总消耗为3.35+4.95=8.3kW。因此节能为（22.34-8.3）/22.34=62.85。变频器驱动分步循环运行，频率20Hz时变频器显示输入功率0.57kW，输出电流4.95A，电压78V。由此可计算出此种运行方式耗电3.35+0.57=3.92kW。如果考虑到分步运行切换时，有12秒两个输灰单元的四台电机同时运行消耗的功率，以5kW计节能约为（22.34-5）/22.34=77.62。由此可见改变运行方式后的节能降耗效果显著。3、提高了自动化程度。PLC和变频器控制的使用提高了自动化程度，保证了运行的可靠性和控制精度，提高了运行质量。4、延长使用寿命。设备运行在30Hz以下，转速较工频时下降40以上。对电机和机械来说磨损减小