ETD790系列直流調(diào)速器 在水泥回轉(zhuǎn)窯中的應(yīng)用

一、回轉(zhuǎn)窯工作狀況簡(jiǎn)介

回轉(zhuǎn)窯是水泥生產(chǎn)線中的核心設(shè)備，水泥的生產(chǎn)工藝就是把經(jīng)過(guò)粉磨配制好的生料，在回轉(zhuǎn)窯的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌及高溫作用下燒成為熟料的工藝過(guò)程。因此回轉(zhuǎn)窯的技術(shù)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在很大程度上決定著水泥企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本。“只要大窯轉(zhuǎn)，就有千千萬(wàn)”這句民謠就是對(duì)水泥生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯重要程度的生動(dòng)描述。

回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)筒體橫臥，略帶傾斜的圓筒狀巨大設(shè)備，因其工作狀態(tài)是做回轉(zhuǎn)運(yùn)行，也稱之為“旋窯”。回轉(zhuǎn)窯的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，是促進(jìn)料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進(jìn)行反應(yīng)，窯頭噴煤燃燒產(chǎn)生大量的熱，熱量以火焰的輻射、熱氣的對(duì)流、窯磚(窯皮)傳導(dǎo)等方式傳給物料。物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動(dòng)在窯內(nèi)向前運(yùn)動(dòng)，直至從窯體另一端流出，產(chǎn)成水泥。

因此，窯的運(yùn)動(dòng)情況將直接影響水泥產(chǎn)成品的質(zhì)量和產(chǎn)量，窯的轉(zhuǎn)速和喂料速度互相配合，并保持一定比例，是提高質(zhì)量、產(chǎn)量的首要條件。控制和調(diào)節(jié)窯的轉(zhuǎn)速是整個(gè)水泥生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

回轉(zhuǎn)窯窯體（局部）外觀

二、回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置

回轉(zhuǎn)窯的驅(qū)動(dòng)大多采用直流電機(jī)，由直流電機(jī)通過(guò)減速箱傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)窯體運(yùn)轉(zhuǎn)。由于窯體龐大（直徑在3-5米，長(zhǎng)度50-70米，重量達(dá)幾百至千噸），且窯的工作特性是長(zhǎng)期不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有啟動(dòng)力矩大、轉(zhuǎn)速均勻、平滑無(wú)極調(diào)速的特性。

下圖是回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖：

從圖中可以看出，在回轉(zhuǎn)窯的整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，直流調(diào)速器是整個(gè)傳動(dòng)鏈中的驅(qū)動(dòng)源，它控制著直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)啟停。

直流調(diào)速器的性能決定著回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行狀況，也決定著水泥生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。

ETD790系列直流調(diào)速器作為直流驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)新的品牌，其技術(shù)性能、設(shè)計(jì)理念都站在了一個(gè)新的高度。采用了32位微處理器為產(chǎn)品核心，全數(shù)字控制方式，預(yù)測(cè)電流環(huán)控制算法，速度跟蹤、力矩保持響應(yīng)快，特別是其大容量產(chǎn)品的推出（可生產(chǎn)4000A的產(chǎn)品），更加符合水泥行業(yè)回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用要求。

三、ETD791在回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用

由于回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)是單向的，在ETD產(chǎn)品中791是不可逆的，選擇ETD791應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯的驅(qū)動(dòng)中，通過(guò)對(duì)電壓、電流、速度等參數(shù)的設(shè)置及模擬量、數(shù)字量輸入/輸出的控制，達(dá)到回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行工藝的要求。

我們?cè)谧筒┠乘鄰S二期工程招標(biāo)中，以ETD產(chǎn)品具有的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)，以完全滿足回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行要求為保障得以中標(biāo)。并在實(shí)際應(yīng)用中取得了成功，達(dá)到甚至超過(guò)其生產(chǎn)工藝中對(duì)回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行的控制要求。

該項(xiàng)目中回轉(zhuǎn)窯直徑4.2米，長(zhǎng)度64米，每小時(shí)燒制水泥200多噸，日產(chǎn)5000噸。

所選配電機(jī)為：ZSN4-400-092 630KW 電樞電壓：660V 電樞電流：1006A 轉(zhuǎn)速：1500r/min 勵(lì)

磁電壓：180V 勵(lì)磁電流：24.9A 。

此種型號(hào)電機(jī)是為水泥行業(yè)專門制作，特別適用于水泥回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)特性----啟動(dòng)時(shí)可具有2.5倍的過(guò)載能力，保證了較大的啟動(dòng)力矩。

水泥廠在直流調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)要求中明確規(guī)定直流調(diào)速器額定輸出電壓660V，電流2400A。且廠方最初的方案為用其他品牌兩臺(tái)1200A的調(diào)速器并聯(lián)使用。

我們?cè)诘弥獜S方項(xiàng)目需求后，對(duì)其技術(shù)要求進(jìn)行了分析，了解其技術(shù)方案制定的初衷，其技術(shù)要求的目的在于以下幾點(diǎn)：1、回轉(zhuǎn)窯的窯體較大，加料后重量達(dá)1200噸左右，窯體啟動(dòng)時(shí)所需力矩較大；2、所選用直流電機(jī)為水泥行業(yè)專用電機(jī)，過(guò)載能力強(qiáng)，可承載2.5倍過(guò)流30秒鐘；3、對(duì)直流調(diào)速器的性能及過(guò)載能力有較高的要求；4、廠方初定用兩臺(tái)1200A并聯(lián)使用是基于無(wú)法提供單臺(tái)2400A的產(chǎn)品。

通過(guò)將ETD791直流調(diào)速器的產(chǎn)品性能、規(guī)格、控制方式等各方面與初始方案進(jìn)行比較，其在回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢(shì)：1、ETD791單機(jī)容量可到4000A，選用一臺(tái)2500A的產(chǎn)品用于此項(xiàng)目中，解決用兩臺(tái)1200A并聯(lián)使用帶來(lái)的控制繁瑣、隱患故障多的缺點(diǎn)；2、ETD791全數(shù)字化控制，先進(jìn)的預(yù)測(cè)電流環(huán)控制算法，速度、電流跟蹤反饋?lái)憫?yīng)快，轉(zhuǎn)速輸出穩(wěn)定，完全滿足回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用要求。3、提供多個(gè)數(shù)字、模擬接口可方便的與中控系統(tǒng)連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

四、回轉(zhuǎn)窯的驅(qū)動(dòng)控制方案

回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行控制，主要有啟動(dòng)、停止、速度給定、電樞電壓電流輸出、勵(lì)磁電壓電流輸出。其運(yùn)行中物料在窯內(nèi)翻滾，造成負(fù)載狀況時(shí)時(shí)變化，但要求轉(zhuǎn)速波動(dòng)越小越好。其啟動(dòng)、停止及運(yùn)行又與外部其它多個(gè)條件互鎖，互鎖關(guān)系有：主電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)啟停、主電機(jī)溫度是否超限、軸承溫度是否超限、潤(rùn)滑循環(huán)油泵啟停等，每一個(gè)互鎖點(diǎn)的狀況直接或間接地與窯體的啟停及運(yùn)行相關(guān)聯(lián)。

在調(diào)速器的外圍增加PLC控制方式，將外部關(guān)聯(lián)項(xiàng)與ETD791調(diào)速器的啟停、運(yùn)行、速度給定等通過(guò)PLC轉(zhuǎn)換連接，完成互鎖及關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)PLC完成與中央控制部分的連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。

控制原理圖：

五、ETD791運(yùn)行狀況測(cè)定

在整套控制系統(tǒng)制作安裝完成后，分步對(duì)回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行進(jìn)行了調(diào)試測(cè)定，首先窯內(nèi)不投料，做空窯啟停、運(yùn)行測(cè)試，空窯自重約800噸，按照電機(jī)參數(shù)及調(diào)速器標(biāo)稱值對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定后，啟動(dòng)非常順利，測(cè)定啟動(dòng)時(shí)最大電流720A，窯體轉(zhuǎn)動(dòng)后，電流降至320-350A，速度調(diào)節(jié)亦非常正常，反復(fù)啟、停試驗(yàn)，均無(wú)異常情況出現(xiàn)。而后對(duì)調(diào)速器做了自整定設(shè)定，空窯測(cè)試成功通過(guò)。第二部進(jìn)入投料試車階段，按照生產(chǎn)工藝要求，投料運(yùn)行后，窯體重量將增加到1200噸，調(diào)速器必須滿足全載狀況下的啟動(dòng)運(yùn)行，開(kāi)始試車前，將電流環(huán)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，將最大電流限幅調(diào)至1200A，試車過(guò)程中，有時(shí)啟動(dòng)較為順利，有時(shí)卻啟動(dòng)不成功，分析原因是由于窯內(nèi)物料翻滾運(yùn)動(dòng)，造成機(jī)械窯體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受力不均勻，有時(shí)所需啟動(dòng)力矩小些，而有時(shí)所需啟動(dòng)力矩又大些，當(dāng)需要力矩大些時(shí)，啟動(dòng)電流受1200A限幅限制不能繼續(xù)增加，導(dǎo)致啟動(dòng)不成功。我們對(duì)電流限幅又進(jìn)行了調(diào)整，增至1500A，啟動(dòng)非常順利，這樣基本解決了啟動(dòng)所需力矩問(wèn)題。通過(guò)多次啟動(dòng)試驗(yàn)，并對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行了測(cè)量，有時(shí)啟動(dòng)電流超過(guò)1400A，為了更好的保證以后使用中不再出現(xiàn)啟動(dòng)不成功的現(xiàn)象，我們將電流限幅調(diào)整到1800A。隨后又對(duì)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)試測(cè)定，由于窯內(nèi)物料隨窯體轉(zhuǎn)動(dòng)而翻滾和移動(dòng)，造成窯體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需力矩不穩(wěn)，電流波動(dòng)最大時(shí)超過(guò)200A，轉(zhuǎn)速亦有90轉(zhuǎn)的波動(dòng)。為了增加轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，對(duì)調(diào)速器35、36號(hào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，逐步加大參數(shù)值，最終將其SI value值分別增至2000、900，轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定在15轉(zhuǎn)波動(dòng)范圍內(nèi)，比工藝要求的30轉(zhuǎn)波動(dòng)范圍縮小了一倍，完全滿足了生產(chǎn)工藝要求。

六、ETD791主要參數(shù)的設(shè)定

ETD791作為回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)的核心部分，其可靠性、穩(wěn)定性將直接影響到水泥廠家的產(chǎn)量和質(zhì)量，除了在控制部分調(diào)整好輸入/輸出參數(shù)，使其達(dá)到最佳輸出效果外，在主回路中，也要增加必要的保護(hù)，保證調(diào)速器的可靠運(yùn)行。

1、ETD791主要參數(shù)的設(shè)定

ETD791調(diào)速器的輸入/輸出參數(shù)的給定和設(shè)置，主要通過(guò)對(duì)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)情況的測(cè)試，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整驗(yàn)證，最終確定最佳參數(shù)值，在回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)的設(shè)置中，重點(diǎn)對(duì)電流環(huán)參數(shù)、速度環(huán)參數(shù)及勵(lì)磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

主要參數(shù)設(shè)置值如下：

2、主回路的構(gòu)成

系統(tǒng)中主回路為660V線路，由一臺(tái)10KV/660V 1250KVA變壓器提供主回路電源。在主回路控制中，由快熔、斷路器、電抗器、直流調(diào)速器、電機(jī)組成。各部件的選型參數(shù)為：快熔 ：2000A，800V 斷路器：2000A，1000V 電抗器：2000A 15μH。

七、結(jié)束語(yǔ)

本文以淄博某水泥廠二期工程回轉(zhuǎn)窯控制實(shí)際案例為依據(jù)所寫(xiě)，此工程于2010年2月驗(yàn)收并投入運(yùn)行，目前運(yùn)行效果良好。

ETD791直流調(diào)速器應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯的驅(qū)動(dòng)中，調(diào)速器達(dá)到的控制指標(biāo)能夠完全滿足水泥生產(chǎn)工藝的要求。與其它廠家同類產(chǎn)品的比較中，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性控制方面有明顯優(yōu)勢(shì)，超過(guò)工藝標(biāo)準(zhǔn)要求。

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