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高炉液压开口机通过变频器与PLC实现分段恒压运行
高炉液压开口机通过变频器与PLC实现分段恒压运行

时间:2017/5/3 14:22:24

  核心提示:本系统是变频器与plc相结合的自动控制系统,由于炉前开口机属间隙性工作的特点,当plc系统未检测到液压站有任何操作,变频器控制油泵电机在低频运行状态,避免系统频繁起停;当开口机进行回转操作时,变频器运行在次低频状态;当开口进行冲击、进给操作时,变频器运行在高频状态,且在高频以上进行pid调节,由于油...

1 引言
高炉炉前液压开口机是出铁的必备工作设备,开口机的工作效率决定着开铁口的深度,直接影响到高炉稳定运行。但开口机的进给、冲击、回转、间隙工作等工作性能决定系统必须具有响应快、动作时的力度恒定且大特点,原常压运行系统能耗大、故障率高。因此,我厂根据多年实践经验的摸索,提出了对液压开口机实施变频器与plc相结合的控制系统改造,本系统结合了济钢炼铁厂1750m3高炉液压开口机的特点,设计变频器与plc相结合的控制系统实现炉前液压站分段恒压运行功能,实现节能降耗的经济意义。

2 传统控制系统的缺点
开口机有进给、冲击、回转等多种动作阶段,进给:开口机正向前进指定位置;冲击:开口机冲击钻杆产生冲击力;回转:完成工作后回到原位置,各个阶段所需压力和流量不是一直不变的,在几个恒定值之间切换。以济钢第二炼铁厂1750m3高炉液压开口机为例,开口机的冲击、进给时油压为一较大的需求恒定值(16mpa);进给、回转时油压为一较低恒定值(5mpa)。传统液压控制系统:当开口机动作时产生需求油量变化时,由设在油泵出口的流量阀和压力溢流阀来调节负载的压力和流量,提供各油缸和液力马达所需的推力、压力方向和移动速度,但液压站油泵电机均在工频状态下允许。即使,系统要求低流量时,油泵电机的输出也功率不变,多余的液压油流回油箱,即使空载(如冷却)也是如此。这样,节流功率损失非常大,效率很低,一般只有60%-70%,因而造成了极大地能源浪费。同时,由于液压油长期的全速循环流动,与液压件、机械件的剧烈磨擦,造成油温过高、噪音过大等系列问题,机器寿命亦缩短。而且在开铁口时,由于液压油的泄油、回油等原因,往往造成开口机油压不足或不能保持恒定,导致开铁口时间长、设备损耗大等不良后果。由于以上弊端的存在,可见,对高炉液压开口机的控制系统实施改造已势在必行。

3 本控制系统的优点
本系统是变频器与plc相结合的自动控制系统,由于炉前开口机属间隙性工作的特点,当plc系统未检测到液压站有任何操作,变频器控制油泵电机在低频运行状态,避免系统频繁起停;当开口机进行回转操作时,变频器运行在次低频状态;当开口进行冲击、进给操作时,变频器运行在高频状态,且在高频以上进行pid调节,由于油缸大行程的进给而引起的瞬间压力下降,通过提高油泵电机转速来快速补充过油量,实现恒压变量的功能。从根本上克服了传统开口机能量浪费的弊病。当系统需要的流量发生变化时,电机的转速也跟着发生变化,从而使定量油泵排出的油流量发生变化,即“需要多少供给多少”,从而极大地节约了电能,节电率达20%-70%。且本控制系统可以通过plc提前对变频器给出加速和减速指令,克服了由于液压油的泄油、回油等原因,造成的油压不足和不恒定问题。

高炉液压开口机通过变频器与PLC实现分段恒压运行

附图 交-直-交变频器结构图

4 系统工作原理
为满足高炉液压开口机正常工作的要求,本液压系统共有3套稳定可靠的大流量(160l/min)油泵机组,通常是用二备一。各油泵系统上均有压力测量、显示双用仪表,三泵的总输出压力管上设置有压力总表。油泵电机的运行频率是根据系统的工作状态和管道输出压力共同调节的。液压开口机的电机大多数情况下都在低速运转,而通过变频控制的电机在低速运转时,加在电机两端的电压和频率较低,输出功率大大减小,因此,节电效果十分明显。
考虑本系统为大负荷冲击动作特点的液压站,针对开口机液压系统特有的大负荷超载,频响要求高和低速转矩大,加减速时间短的特点,本系统选用abb公司的acs800系列直接转矩变频器变频器采用pwm逆变器同时调压调频的交-直-交变频器,如附图所示,这样既可以提高输入的功率因数,也使输出电压的谐波大大减少,同时调压调频都集中在逆变器一侧,控制也简化了。
采用siemens公司的s7-300plc可编程控制器,实现工艺过程识别和自动控制过程。由于炉前操作需要快速响应的过程,因此pid控制过程由变频器本身运算控制,plc实现工艺动作过程的识别,对变频器发出控制指令,和对整个液压站的集中/机旁、常用系统/备用系统的切换,油压、油温、液位、过流、过载、过滤系统堵塞等多种信号的监测、报警及连锁停机,各个油泵系统启动运行、升压的手自动操作及信号显示功能。
控制原理:plc控制器除了完成操作选择、报警、连锁保护功能外,主要功能是将现场各操作动作输入信号处理, plc根据这些信号判断开口机的工作阶段,对变频器提供工作设定频率指令,如:进给或回转时油泵电机工作在次低频状态,冲击或进给时工作在高频状态,10秒未进行操作认为是工作间隙,油泵电机转为低频状态。因此,plc输出3个工作压力设定信号给变频器变频器pid调节为跟随管道输出压力进行调节油泵电机运行频率)。即,油泵电机运行频率的大小由plc系统按设定压力和外部实际压力进行自动pid调节,工作在各个阶段均在各自的设定压力下进行恒压运行,因此称之为分段恒压运行。具体解决方案是,变频器直接读取压力变送器测得的实际压力值,与plc判断的各阶段设定压力值进行比较,变频器进行pid运算输出调节控制油泵电机转速,来达到稳定输出压力的稳定功能。此方案能实现瞬间提高液压管道的压力,从而保证了在开口机动作时液压管道压力为一恒定值(当前工艺流程及开口机当前动作下的额定压力值),达到了分段恒压运行的目的。plc将按照设定程序把变频器的输出频率减低,减少了电机的输出功率,从而达到了节能降耗的目的。

5 结束语
理论和实践证明,变频器与plc相结合的自动控制系统,在济钢第二炼铁厂1750m3大高炉液压开口机上的应用,有效地解决了液压油回油、泄油时压力不足等各种技术难题,实现了开口机压力系统的分段恒压运行,减少了电能损耗,降低了钻头、电机等配件消耗和设备故障率,还为高炉的出铁正点率创造了良好条件,创造了可观的经济效益,具有较大的推广意义,现已在济钢三座大高炉上广泛应用。

参考文献
[1] 张燕宾.电动机变频调速图解[m].北京:中国电力出版社,2003.
[2] 陈伯时、陈敏逊.交流调速系统[m].北京:机械工业出版社,2005.
[3] abb公司.acs800标准控制程序7.x固件手册.2008.

[我要评论] | 本文来自:2010年第5期“系统应用”上 ,已经被阅读过759次

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