MM4系列变频器在冶金行业中的应用探析

1.MM440在氧化铝厂种分工艺沉没泵中的应用

氧化铝厂种分槽是生产中最重要的流程之一，种分槽物料较为粘稠、流动性差，因此对于种分槽的各种泵类的驱动就要求在低速时可正常启动，而且有足够大的驱动力矩，用来克服结疤以及摩擦等带来的阻力，以保证足够的扬程。作为种分槽沉没泵就是最有代表性的重要设备，其传动系统的改造选择了西门子MM440标准变频器。下面简要介绍氧化铝厂种分槽沉没泵变频调速系统。

（1）系统配置

沉没泵一共4台，电动机功率为55kW，额定电压为380V，额定电流为106A，额定转速为1500r/min，频率为50Hz。根据生产系统运行情况结合技术选型数据，选定变频器额定功率为75kW。系统配置示意图如图8-1所示。

图8-1 种分工艺沉没泵变频调速系统配置示意图

图8-2 泵的扬程—流量曲线

a）变频器输入功率的测定示例 b）变频器输入功率的测定示例

泵是一种二次方转矩负载，泵的主要参数有流量Q和扬程H。流量是指单位时间内流过某一截面积的物料量，在截面积不变的情况下，流量决定于物料的流速。扬程是指单位重量的物料通过泵所获得的能量，常体现为物料上扬的高度。泵的转速n与流量Q、扬程H及泵的轴功率P_n关系如下：

式（8-1）～式（8-3）中，下标1、2表示两个不同时刻。

式（8-1）～式（8-3）表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的二次方成正比，泵的轴功率与其转速的三次方成正比。当电动机驱动泵的轴时，转速为n时的电动机的轴功率P_n可按下式计算：

式中 P_e——额定流量下的电动机轴功率；

n——电动机转速；

Q_n——转速n时的流量；

P_n——转速n时的电动机轴功率。

如当流量为额定流量的80%时，P_n=n³P_e=0.8³P_e=0.512P_e，即电动机轴功率仅为额定功率的51.2%，下降近一半，因而当变频器应用于风机、水泵，当流量有变化时能节能，且节能效果非常显著。

图8-2是泵的流量Q与扬程H的关系曲线。图中，曲线①为泵在转速n₁下扬程—流量（H—Q）的特性；曲线⑤为泵在转速n₂下扬程—流量（H—Q）的特性；曲线②为泵在转速n₁下功率—流量（P—Q）的特性；曲线③、④为管阻特性。

采用变频器控制方式，泵的转速由n₁降到n₂，在满足同样流量Q₂的情况下，泵扬程H₃大幅度降低，轴功率P_n3与面积CH₃OQ₂成正比。轴功率P_n3和P_n1、P_n2相比将显著减小，节省的功率损耗ΔP与面积BH₂H₃C成正比，节能效果很明显。

（2）变频器的主要调试参数

变频器主要调试参数见表8-1。

表8-1 变频器主要调试参数

在4台沉没泵上应用MM440变频器的，延长了电动机的使用寿命，而且在设备稳定运行、保护、节能等各方面都达到了原设计的目的，效果十分明显。变频器在氧化铝生产流程中有较好的推广前景。

（3）泵类应用变频器要注意的问题

1）充分考虑泵类高耗能设备的运行情况。如设备运行参数稳定，基本全速运行，不需调速，则不要用变频器，可考虑用其他的高效节能设备。

2）泵类的调速范围，当转速低于额定转速的40%～50%时，设备效率将明显降低，所以一般控制在70%以上，不低于50%。

3）选择调速时注意流量与压力两个指标，满足工艺要求的低转速可能会使压力很低，以至产生不能使用的后果。

2.MM440变频器在位置控制中的应用

本文所说的位置控制指在指定时刻将被控对象的位置自动控制到预定目标位置，并使控制后的位置与目标位置之差保持在允许偏差内。这种控制系统称自动位置控制系统（Auto Position Control System，APCS）。在工业生产过程中位置控制非常常见，如冶金企业的轧制过程中的轧辊辊缝和轧机导板开度的控制，各种运料、布料小车的行程控制。

实践证明，变频器可以构成一种实用、可靠、性价比很高的APCS。下面以某轧钢厂新建生产线上产品分排定尺小车的位置控制为例，介绍由西门子公司的通用变频器MM440构成的APCS。

（1）系统构成

该系统的构成如图8-3所示，主要由位控器（位置控制器）、变频器、执行机构三大部分组成。在实际工程中，计算机终端和可编程序控制器（PLC）不必专为APCS专配，可与生产线中自动化系统共用一套终端和PLC。

图8-3位置控制系统的构成

位控器选用德国Lenord+Bauer公司的GEL8310A型产品，其参数的输入、调整、显示均可在面板上实现，也可通过RS232或RS485由上位机上实现一对一或一对多的通信实现。

变频器采用西门子公司的MM440系列变频器。MM440是由微处理器控制，采用IGBT作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，可以选装编码器实现真正闭环的矢量控制。MM440具有全面而完善的控制功能，广泛适用于现代工业多种多样的电动机拖动。

执行机构为普通笼型异步电动机，经减速箱通过丝杠带动下车往返行走。电动机功率为5.5kW，转速为960r/min。位置检测采用增量式光电编码器，安装在丝杠上，分辨率为1000脉冲/r。

（2）工作原理

1）定位过程。首先，操作人员通过面板或计算机终端输入小车的预期位置，即位置设定值。当PLC给位控器和变频器发出起动运行命令后，位控器经运算后输出调节信号给变频器，变频器按照位控器的要求控制电动机的加速、运行、减速和制动停止，最后使小车停止在预期的设定位置上。

2）控制原理。图8-4是位置控制调节原理图，其中v_t为速度预设定时间变量；S_t是位置预设定时间变量，S_t=∫v_tdt；K_SP为比例放大器；v为输出速度；U_t为输出电压。K_VU为速度/电压转换器。

图8-4 位置控制调节原理图

3）控制器调节过程。控制器根据传动装置的机器参数、预先设定的位置和速度值，计算出速度时间特性曲线v_t和S_t。在每一周期的开始，传动装置先根据速度预设定进行速度预控制。同时，反馈回来的实际值S_e与S_t进行比较计算，得出的偏差S与K_SP相乘后叠加到v_t上，得出传动装置应该具有的速度v。经过速度/电压转换和D/A转换向传动系统发出控制信号，至执行机构的定位。

4）位置控制的基本要求。电动机的速度一般按梯形速度图进行控制。在不同的使用条件下，最合理的速度图是不一样的，图8-5是两种最常用的速度曲线。图中最大速度v_max、加减速时间v+和v-需根据设备和生产工艺确定。图8-5b中S形加速段，速度逐渐增加，可避免冲击；减速阶段则速度在最后阶段越来越小，有利于准确停车。为了准确对运动设备进行位置控制，一般要求：电动机转矩不得超过电动机和机械设备的最大允许值；能在最短时间内完成定位动作，并且定位精度符合工艺要求；在控制过程中不能产生超调，且系统稳定重复性好。

图8-5 常用的速度曲线图

a）梯形 b）S形

因此，在位置调节控制器一般采用纯比例调节器。为了满足上述要求，必须按照最佳控制曲线进行控制。

5）位置检测

定位控制中位置的检测一般用增量式光电编码器，编码器的输出信号有A、B、Z三路。A、B两路脉冲相差90°，可以方便地判断转向。

（3）变频器的主要参数

为了提高设备的整体性能，实现远端对变频的综合控制，采用PROFIBUS-DP协议，通过网络对变频控制。变频器的主要参数设置见表8-2。

表8-2 变频器主要参数设置

从变频器的运行情况来看，设备运行稳定可靠，用变频技术实现工业生产中的位置控制是一种性价比很高的新方案。

3.在凹螺纹钢生产线上的应用

高强度凹螺纹钢筋（简称PC棒）是一种新型的高效节省型的建筑用钢材，具有非常高的抗拉性和挺直性，及其特有的凹螺纹外圈与水泥混凝土有很好的握搂力，主要用于建筑地基管桩（俗称管桩钢筋）、预应力钢筋混凝土输水管、预应力钢筋混凝土电杆等，而且被广泛应用于高层建筑、桥梁、港口、水利工程、高速公路、隧道背覆板、地铁、坝基、海港结构、江堤防护墙、机场跑道等重要建筑，是现代建筑不可缺少的建筑用钢材。

预应力钢筋是在世界范围内应用最广泛的一种高强度建筑钢材，随着需求量的增加，其生产线的生产规模、整体工艺水平及设备的稳定性有非常大的提高，为预应力钢筋的生产提供了强有力的保证。

（1）自动控制系统配置

自动控制设备包括驱动设备、测温仪表及生产线集中控制设备。

生产线驱动设备采用直流电动机调速或变频调速设备，保证生产过程中速度高低可调，运行稳定，并在钢筋加热运行过程中施加恒定的张力，保证钢筋的挺直性。

测温仪表设置在加热段出口及回火段出口，是非接触式，用于观察监视加热段出口及回火段出口的温度，为操作人员提供操作的依据。

生产线采用PLC集中控制，将生产线各部分的信号集合到PLC完成全线自动化控制、继电联锁及故障检测。

生产线设备设两个操作台，即主控操作台及成品收料控制台。主操作台具备加热、驱动设备的操作控制功能，有温度显示仪表、速度显示仪表及生产长度显示仪表，并可对生产产量或长度进行计量。收料操作台设有液压冲断和收料速度操作控制功能。操作人员通过上述两个操作台实现对生产线的控制。

在此生产线中共选用了西门子MM440系列变频器6台。其中75kW的变频器给整条生产线提供主要动力；两台11kW的变频器作为牵引用，主要产生微引力，使钢筋平直，防止打滑，使线速度稳定；一台5.5kW的变频器使钢筋由光滑圆棒变成凹螺纹钢棒，要求保持一定速度，使螺纹间距均匀相等；最后两台4kW的变频器为收线用，使最后的成品钢筋卷曲成盘。系统原理图如图8-6所示。

在此系统中采用了CPU315-2DP用PROFIBUS-DP串行总线来控制MM440变频器。PROFIBUS-DP是一个价格适当的高速串行通信系统，是执行机构和传感器领域最优化的系统，因为这一领域的设备对缩短系统的响应时间有很高的要求。采用这种简单的总线系统，可以把工程设计可视化和PLC控制集成在一起。

图8-6 系统原理图

（2）变频器的主要调节参数

用PROFIBUS-DP串行总线来控制MM440变频器，在变频器方面的参数设置非常简单，主要有几个参数需要设置：改变用户访问级P003=3；确定变频命令源P0700=6；确定变频运行的主设置值P1000=6；参数P719一定要设置成66；确定变频站地址P918=1～125。

钢筋生产线的规模在前几年一般在3000t左右，最高只能达到5000t，在使用了MM440变频器，提高了生产速度，将生产线年生产水平提高到了15000t。另外使用MM440变频器节省了用电和维修的费用。

4.碳素厂煅烧车间带式输送机中的应用

（1）系统描述

碳素厂的煅烧环节是生产中不可缺少的，在生产中将原料破碎后输送至煅烧炉（即回转窑），带式输送机就是其中的一个载体。

某碳素厂新系统中，煅烧车间带式输送机的电动机（容量为4kW）采用变频调速系统，使用西门子公司的MM440变频器。带式输送机由电动机作为原动力，其笼型异步电动机的容量为4kW、4极，额定转速为1500r/min，如果在起动、运转、停止的过程中，转速不平滑，起动瞬间起动电流大，对电网有冲击，对机械设备有损害，不能满足生产工艺的要求。因此，需要安装变频器，使起动、停车、运行、ACC/DEC及中止等过程中实现平稳、平滑、无抖动、无级调速，而且使现场工艺过程始终处于受控状态，其转矩处于恒转矩控制。

本变频调速系统运行方式为就地控制/远程控制。远程控制由计算机控制，主控室计算机根据反馈来的参数及各种状态进行控制，控制的对象为变频器，由微机控制变频器输出调节电动机转速。变频器输出频率是变频器和异步电动机系统的独立控制变量，用来满足工艺的要求。由于采用恒转矩控制，对于动态指标要求高的现场工艺系统，没有反转要求也要使用四象限运行的变频器，因为所有的四象限运行变频器，通过合理地选择调节器都可以实现转速由低变高时的最优控制。控制电源负责给CPU和控制、显示电路供电。变频器配置制动电阻，其目的是为了减少系统受扰动后的动态恢复时间，以提高系统的控制精度；在紧急停车时，实现变频器的能耗制动和直流制动，避免变频器快速制动时出现过电压。

（2）MM440运行条件及参数选择

MM440运行条件是：P001=0；P002=10；P003=10；P005=10～40；P006=0；P007=0；P021=0；P022=50；P024=1；P051=1；P052=2；P061=5；P065=1～3。P081=电动机额定频率；P082=电动机额定转速；P083=电动机额定电流；P084=电动机额定电压；P085=电动机额定功率。

MM440变频器给定频率的设定通常采用以下方法：面板给定，利用操作面板上的数字增加键和减少键进行频率的给定或调整；预置给定，通过程序预置的方法预置给定频率，起动时，按运行键，变频器即自行升速至预置的给定频率为止；外接给定，从控制接线端上引入外部的模拟信号，如电压或电流信号，进行频率给定，这种方法常用于远程控制的情况；通信给定，从变频器的通信接口端上引入外部的通信信号，进行频率给定，这种方法常用于微机控制或远程控制的情况。

MM440变频器参数的选择见表8-3。

表8-3 MM440变频器的参数

MM440变频器运行的基本频率为电动机的额定频率，最高频率是当频率给定信号为最大时，变频器的给定频率，MM440的最高频率设定为650Hz。

各种变频器都为用户提供了可按一定范围内任意设定升速时间的功能，设定范围各不相同。各种变频器对升速时间的定义一般分为两种：从0Hz上升至基本频率所需要的时间；从0Hz上升至最高频率所需要的时间。本例中的变频器采用后者。从减小电动机起动电流角度来说，升速时间应设定得长一些。但升速过程属于过渡过程，并非工作所需，因此对于频繁起动、制动的设备，升速时间过长会影响工作效率。设定升速时间的基本原则是：在电动机的起动电流不超过允许值的前提下，尽可能地缩短升速时间。

在一般调试中，可先把升速时间设定得长一些，在满足生产工艺要求的条件下，观察起动过程中电流的大小，如起动电流不大，再逐渐缩短升速时间。这里需要指出的是，最佳升速功能的定义，一般是指变频器在升速电流不超过允许值的情况下以最短时间上升到给定频率。升速方式常选用线性升速方式。

在升速过程中，经常需要点动，以便观察各部位的运转倾向是否满足生产工艺的要求。MM440变频器给出点动频率、点动方向的功能让用户任意选择。在调试中按P编程键可访问参数；按OFF1^[1]键，变频器按选定的斜坡下降速率减速停车；按两次OFF2^[2]键，电动机将自然停车。

5.MM440变频器在铣床上的应用

铝业压延厂具有两条铝铸锭铣面生产线，即1号、2号铣床。这两条生产线位于铝热轧生产线的龙头，从熔铸厂来的铸锭在铣床经过铣削后方可进入下一道工序。

铣锭的生产工艺过程如下：

铸锭由起重机平放到受料辊道→辊道送至垂直起落架→铸锭旋转90°送至工作台夹具上→夹具夹紧后工作台开始前进→由主轴电动机带动的刀盘铣削→机床后退至起架位置→放平铸锭→辊道将铸锭送入翻锭机内→铸锭旋转180°→辊道将铸锭送到起落架→再次铣削另一面→放回辊道→起重机吊起。

两条生产线设备配置基本一致，整个生产线的传动电动机使用的是交流电动机，根据实际情况，铣床有两台电动机必须调速，一台是工作台移动电动机，根据铣削厚度与负载电流决定进给速度；一台是翻锭机电动机翻转速度，必须具备高、低两档速度，才能保证生产的进度与停车的准确性。

根据生产工艺要求，以及工作台移动电动机与翻锭机电动机的速度调节，考虑到改进方案的可行性与系统运行的可靠性，采用了两台西门子公司的MM440变频器对两台电动机进行变频调速。翻锭机电动机选用18kW变频器，工作台移动电动机选用22kW电动机，两台铣床共用了4台变频器。该方案具有的主要优点：易于安装、参数设置和调试；具有多个数字和模拟的输入、输出接口；模块化设计，配置非常灵活；脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪声低；具有多种运行控制方式，可实现无传感器的矢量控制和各种U/f控制；控制电路简单，变频器各种保护功能完善，便于使用和维护等。

（1）系统硬件的组成

铣床的工作台移动电动机采用交流电动机传动，工作台前进时，操作人员根据主轴电动机的电流用电位器调节工作台前进速度，工作台后退时，设为高、低两档速度，先以高速退回，在到减速点时，以低速退回到停车位置。系统的硬件以西门子变频器MM440为传动控制设备，其硬件结构如图8-7所示。

图8-7 变频器控制硬件结构图

（2）系统控制

本系统中采用了无传感器矢量控制方式（参数P1300=20），在这种方式下，用固有的滑差补偿对电动机的速度进行控制。采用这种方式，可以得到大的转矩、改善瞬态响应特性、具有优良的速度稳定性，而且在低频时可以提高电动机的转矩。

在变频器的L₁、L₂、L₃端输入交流380V工作电源，变频器的控制接线端接收PLC的输出信号。根据实际操作需要，在不同工作方式下，变频器的速度按不同方式进行：调整方式时，PLC输出正点和反点信号到变频器的8#和17#端子，变频器以固定频率进行点动；正常工作时，分为工作台前进和退回。

工作台前进时由生产工艺根据主轴电流大小用电位器控制工作台前进速度，工作台退回时，固定高、低两档频率，先以高速退回，到达减速点后减速到低速直到停车位置。

铣床工作台移动电动机，采用西门子公司的MM440变频器作调速器后，满足生产的需要，发挥了很好的作用，并且维护量少，可靠性高，提高了设备的装机水平。

6.MM440在高炉上料系统中的应用

在高炉炼铁生产中，进料系统是设备的重要组成部分，其可靠性直接影响到生产效率及经济效益。本部分对西门子公司的MM440变频器在该系统改造部分的应用，以及该系统的传动部分加以说明。

（1）原系统概述

原系统机械部分由一台卷扬机拖动两台料车，料车位于轨道斜面上，互为上行、下行，即其中一台料车载料上行，另一台为空车下行，运行过程中电动机始终处于负载状态。

原系统由一台6极55kW绕线转子电动机拖动，转子回路靠切换电阻实现速度调整，通过主令控制器（与电动机同轴连接）采集料车的位置，控制电阻的投入切除，同时控制机械抱闸的开闭。

由于该调速方式为转子串电阻调速，电阻容易烧毁，加上卷扬机钢丝绳松紧程度不一致，有时出现料车“挂顶”事故，严重影响了生产。

（2）新系统改进及工作原理

新系统对其电气部分进行了改造，在不改变原来工人操作习惯的前提下，选用西门子公司的MM440变频器，增加一台S7-224的PLC，保留原来电动机，将其转子集环短接，拆除调速电阻，保留原来主令控制器，在轨道斜面安装两个行程开关，作为料车位置的极限保护，以防止主令控制器失灵时的最后保护，再次防止料车“挂顶”事故的发生。对于变频器自身故障由PLC采集，当故障发生时，立即关闭机械抱闸，以防止料车下滑。

新系统工作时，操作工发出料车1上行指令，选通变频器的固定频率50Hz，变频器由0Hz开始提速，开启抱闸，直到全速运行；随着电动机的转动，主令控制器的K₁闭合至PLC，由PLC发出中速指令，选通变频器的固定频率20Hz，电动机以中速运行；当主令控制器的K₂闭合时，选通变频器的固定频率6Hz，电动机以低速运行；当主令控制器的K₃闭合时.说明料车已经达到终点，变频器封锁输出，同时关闭机械抱闸，料车l送料完毕。料车2重复如上过程。

（3）变频器相关参数设置（见表8-4）

表8-4 变频器相关参数设置

（4）变频器选型中应注意问题

1）变频器容量。考虑到冶金系统的设计特点，已经加大了电动机容量，而且原系统电动机的实际运行电流在85A左右，故变频器同级选配55kW。由于该卷扬机拖动两台料车，变频器工作于第一象限，没有能量回馈，故不必选配制动单元和制动电阻。

2）空载调试阶段。料车在空载下行时，变频器端电压升高，引起过电压，这是由于电动机下降过程中的再生能量造成的。所以，为了避免过电压保护动作，保证变频器正常工作，需要重新调整两台料车的配重，避免料车空载下行。

3）加速曲线的调整。变频器从0Hz开始加速，通过斜坡时间至全速，已经实现了对电动机的软起动，考虑到卷扬机钢丝绳的伸缩以及减速机的齿隙影响，在加速开始加入圆弧曲线，从而进一步减小对机械部分的冲击。

4）制动器的配合。当变频器收到正转（或反转）指令后，经过0.5s延时后，打开抱闸，料车上行，随着低段速的选通，电动机处于爬行状态，当PLC检测到终点信号时，发出停车命令，变频器封锁输出执行OFF2停止，同时关闭抱闸。如此控制抱闸，既防止变频器过电流保护，又防止料车下滑。

7.变频器在氧化铝超浓相输送系统中的应用

电解铝厂的主要生产原料是氧化铝，电解铝生产系统采用冰晶石—氧化铝熔盐电解工艺生产铝。铝电解的生产过程控制系统，主要由氧化铝输送及电解槽的控制两大部分组成。而氧化铝的输送自动控制系统一般包括由卸料站到车间日用贮罐和由日用贮罐到各电解槽上料箱两部分。其中，前者为氧化铝远距离输送控制，而后者为近距离输送，并且在输送过程中，还要求将氧化铝自动分配到槽上料箱中去。

我国目前各铝厂尤其是新建厂中，几乎都是通过氧化铝超浓相输送到各槽上料箱中去。采用超浓相输送的主要工艺流程是：车间日用贮罐中的氧化铝经过配料计量后加入到风动溜槽，在配套的离心高压风机提供的高压风作用下，送到各电解槽上部的槽料箱，供电解槽使用，多余的废气通过溜槽上部的排气口放出。这种方式自动化程度高，输送效率高，能耗低，对设备损小。因其是封闭式的方式，不会造成原料浪费和环境污染。

某电解车间超浓相输送分为4个区域，有两个区域每区配置有两台37kW的离心风机，风量为4962m²/h，压力为7800Pa；另外两个区域每区配置75kW的离心风机，风量为10058m²/h，压力为15812Pa。电解所需的氧化铝和85%以上的氟化盐都是通过长约四五米的溜槽到达厂房，再通过分支溜槽进入电解槽的料箱。本系统中共配有4台西门子公司的MM440变频器，其中两台是6SE6440-2UD34-5FA1，另两台是6SE6440-2UD38-8FA1。因为在高原环境中变频器要降容使用，所以选择容量大一级的变频器。由于是风机、泵类负载，均选用带抛物线的U/f控制方式。

（1）控制系统的构成

控制系统上位机采用西门子公司的WinCC V6.0监控，PLC采用西门子公司的SIMATIC S7-300可编程序控制器，PLC和变频器之间采用硬接线控制。

在系统中，通过上位机根据现场的生产工艺给定一个风压的值，PLC把给定值和现场压力传感器的反馈值进行PID调节，来调节变频器的输出，控制风机的转速，从而控制溜槽中的风压。通过PID参数优化，可将风压很稳定地控制在设定值左右，使溜槽中的氧化铝料源源不断地流向各车间的电解槽，不会出现堵料等现象。整个控制系统是一个闭环的负反馈控制方式。可以使系统的风压稳、准、快地达到设定值。控制系统的原理如图8-8所示。

（2）控制系统的功能

变频器调速技术是通过变频器将标准的交流电转换成频率可调的交流电，供给电动机并能对电动机转速进行调节的装置。变频调速技术应用于风机水泵类的生产场合，改善了生产过程，显著地节省了能源。

由于转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率来实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

风机属于二次方转矩的负载，转速n的变化将引起电动机转矩T和功率P的强烈变化。在只改变风机转速的条件下，风机流量与其转速成正比，压力与转速的二次方成正比，功率与转速的三次方成正比，因此，在系统中应用变频器调速技术，及时调整电动机转速，风机可以迅速响应由于溜槽输料量的变化引起的风量风压变化，同时使能耗大为降低。

（3）参数设置

本系统中采用了PLC的FB41 PID调节功能控制变频器的频率，它调节精度高，不需要专人维护，只要在调试程序时调节好各个参数，就可以在现场运行中达到预期的效果。当设备进入自动状态，PLC通过采集来自反馈端的压力测定值，与上位机的给定值做比较后送入PLC的PID调节器，然后一个频率值输出到变频器，通过变频器调整电动机的频率，从而调整风机的转速，控制输料系统的风量风压，达到自动稳定的运行。变频器的参数设置见表8-5。

图8-8 氧化铝超浓相输送控制系统原理

表8-5 变频器参数设置

（续）

采用PLC和变频器调整氧化铝超浓相输送系统中的风压，使风压始终能快速地达到现场生产所需的设定值，大大缓解了以前用老方式供料，电解槽料箱的跑、漏料现象，减少了溜槽堵塞和排气箱堵塞的几率，电解车间的缺料现象明显减小了。而且其调节精度高，响应速度快，节能效果显著。

变频器应加进线电抗器，进线电抗可以减低由变频器产生的谐波，同时也可以增加电源阻抗。与变频器连接的接触器必须用RC阻容吸收模块加以抑制，PLC和变频器必须良好接地，同时变频器与电动机之间应为屏蔽电缆。

8.西门子变频器在转炉自动化系统中的应用

对于转炉炼钢厂的氧气顶吹转炉（产量40万t/年），转炉自动化系统的控制范围是：从转炉原料供应（或添加）开始直到出钢溅渣护炉完成为止，炼钢全过程的基础自动化和设备控制生产工艺主要设备有：转炉本体、氧枪系统、活动烟罩、汽化冷却、一次除尘及煤气回收系统。该生产工艺的辅助设备有：上/下料、钢包车、钢渣车及相关的吹氧、氮封、水冷、干稀润滑油、气动系统、电气自动化系统、仪表系统等。

（1）转炉变频传动系统

转炉传动系统主要有三大部分组成：炉体的倾动、氧枪的控制、辅传动部分（上料及配料）均采用变频调速控制系统。

转炉的倾动系统一般采用“全悬挂4点传动扭力杆平衡”式倾动装置，4台变频电动机通过减速机与炉体联成一体，同一方向同步运行（慢速：0.2r/min，中速：0.5r/min，快速：1.0r/min）。

4台电动机由4台变频器单独驱动，采用主—从控制方案，即规定任意一台电动机为主传动其余3台为从传动。主传动采用带编码的速度闭环的双环系统，速度主给定来自于上位机。从传动采用转矩方式及电流闭环的单环系统，主传动速度环的输出作为从传动的转矩给定。从传动通过电流闭环达到4台电动机负载平衡的目的。当主传动变频器或电动机发生故障时，另指定一台传动作为新的主传动，建立起新的主从关系。即用3台传动炉维持当前生产，直到这一炉钢水吹炼结束，当然此时要限制炉的速度，以避免电动机和变频器过载运行。

氧枪的负载特性是一种典型的位能型负载，其工作过程是一个四象限运动过程，存在电动与发电状态。因此，需要考虑制动问题。否则发电制动状态时，容易引起变频器直流侧电压过高造成过电压故障。对于氧枪的传动系统，通常情况下，每个炉都至少配有两个枪（一用一备），每个枪配有一套提枪装置。枪的升降距离通过与电动机同轴旋转的绝对值编码器检测，把垂直的位置量转化为脉冲数计算。

本系统氧枪的控制也是采用带编码的速度闭环的双环系统，速度主给定来自于上位机。根据氧枪的设定值与枪位实际高度的偏差，计算出氧枪变频器的速度给定值，然后进行控制。为了保证枪位准确满足生产快节奏，当偏差为1.2时，枪以最大速度运行直至相应动作点。当两路电源突然停电时，由直流屏电池放电，直流提枪以防事故发生。

转炉的辅助传动系统，通常为恒转矩负载对变频器无特殊要求，因此采用了无编码器的控制方案，选用了西门子公司的MM440变频器。

（2）选用变频器

这座转炉的4台电动机的功率为37kW，考虑过载倍数及故障时3台电动机维持生产，选择4台75kW的西门子公司的MASTERDRIVES变频器。氧枪系统的氧枪电动机功率为35kW，变频器选为两台55kW的西门子公司的MASTERDRIVES变频器。转炉的辅助传动系统，选用西门子公司的MM440变频器。