基于ABBDCS800的水泥回转窑直流传动控制

时间:2016-01-25 21:51来源:摘要合编 作者:佚名 点击:
作为新一代的数字式直流调速装置,简称直流调速器,来自瑞士的ABB公司生产的最新款 DCS800系列直流调速器集合了DCS400的简易性、DCS500的可编程性、DCS600的可控制性以及类似于AC交流变频器传动产品的可通用性.
      前言:作为新一代的数字式直流调速装置,简称直流调速器,来自瑞士的ABB公司生产的最新款 DCS800系列直流调速器集合了DCS400的简易性、DCS500的可编程性、DCS600的可控制性以及类似于AC交流变频器传动产品的可通用性,可以说是非常优秀的工控产品,DCS800系列直流调速器的主电路采用模块化结构,主控回路采用绝缘隔离的高度集成化电路,再加上微处理器存储记忆、计算、判断、通讯、内部数字化量的传递与控制,而且可根据实际需要对装置的参数进行种类繁多的精细修改和灵活组态。目前,DCS800直流调速器传动控制产品正广泛应用于各大品牌水泥厂回转窑的直流传动系统中,这除了因为ABB产品强大的品牌效应和可靠优良的产品品质外,还因为九十年代以来,ABB公司一直致力于矿山、水泥等行业的市场开拓,抢占了市场先机,以至于其他品牌短时间难以撼动其领导地位,就像西门子在钢铁领域做得好是一个道理。
1.传统回传窑的直流电动机调速方式及其选择
      直流电动机的调速原理:直流电动机转速n,公式可表示为:n=(Ua-IaRa)/Ceφ ,式中:Ua一电枢供电电压,V;Ia一电枢电流,A; Ra一电枢回路总电阻,欧姆;Ce一电势系数;φ一励磁磁通。因此,只要改变Ua, φ ,Ra三个参数中的任何一个,就可改变直流电动机的转速。在没有发明直流调速器以前,改变电枢回路电阻方法简单易行、设备制造方便、价格低廉;但效率低、机械特性软,不能得到较宽和平滑的电流脉冲和调速性能,所以,该法只能适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合,这也是如今工业生产设备中很难见到这种调速方式的原因。之后,发电机---电动机调速系统的出现,使得改变励磁磁通调速变得可行,且可获得较宽的调速范围、较小的转速变化率和平滑的调速性能;但系统重量大、占地多、效率低及维修困难,所以这种直流调速器也必将不能长久。二十世纪八十年代以来,随着电力电子技术的迅速发展,由晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统已取代了发电机---电动机调速系统,特别是大规模集成电路技术、高精度PCB制板设计工艺、单片机开发及应用,以及计算机技术的迅猛发展,使得直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了极大的提高。当下最先进的直流调速器就是通过先进的检测、测量、控制、计算等技术产生的对直流电机的精准控制系统。

2.水泥回传窑系统主要硬件选型与设计
      (1)已选直流电机型号及其参数。该生产线工艺选定的回转窑直流电动机型号为ZSN4 -450 -092,功率710 kW额定电枢电压660 V额定电枢电流1 140 A,电动机额定转速1000 r/min额定励磁电压180V,额定励磁电流21.2 A,励磁方式是他励,冷却方式为双管风冷,防护等级是IP44。这也是非常典型的回传窑电机,适用于很多新型干法窑
     (2)变流变压器选型。水泥回转窑的启动力矩即直流电动机提供的电磁转矩,电动机启动的过程是其电磁转矩克服负载转矩及空载转矩做功的过程,因为这个设备体积大重量大,启动转矩自然也很大,所以设计的时候在电气和机械部分都需要充分考量。由直流电动机原理可知,电磁转矩M可表示为M=KmφIa ( Km‑为电机转矩结构常数)。由此式可见,电磁转矩和电枢电流成正比。所以如果没有副传来作为启动力量,那么主传的直流调速器电流一般应考虑为电机额定电流的3倍。客户要求启动力矩不得小于额定转矩的2.5倍,即启动电枢电流1m不得小于额定电流1的2.5倍,那么直流调速器的选型电流为:Im -2.51‑ =2.5 x 1 140=2850A。
      直流传动装置的输入电流为:Ij=0.83Ial=0.83x2 850=2 366 A(式中:无为变流变压器二次侧输出电流)。如果按照变流变压器30 s内可承受2倍过载电流考虑,则其二次侧额定输出电流为:1e=无lg/2=2366/2=1183 A。因为变流变压器二次侧额定电压为630 V,则整流变压器额定输出容量:pe=√3UeIe=√3x630x1183≈1291kVA。再综合考虑变压器功率因素、损耗等,变压器容量取值留有裕量选择1 400 kVA。因此,最终确定直流传动前级变流变压器的型号为:ZTS-1400 kVA/10 kV/0.63 kV。
     (3)直流传动部分的直流调速器选型。由la1=2.5In,计算得到,直流电动机在2.5倍的启动力矩时的电枢电流为2850A;而全数字直流调速装置一般要求30~40 s时间内过载倍数为1.8倍,则直流装置额定输出电流Io为:Io=Ial/1.8=2850/1.8=1583A。因此本设计选择ABB公司DCS800-SO1-1500-07全数字直流调速装置,其额定输出电流1500 A,最高输出转矩可达额定转矩的325%,完全可以满足2.5倍的启动转矩。其中ABB调速器的S01代表两象限即单向调速器,因为这种水泥回传窑不需要朝另一个方向旋转。
      (4)主回路断路器选型。由Ia1 =2.5In计计算得到,启动时主回路断路器输入电流约为2 366 A,要求所选断路器在开始启动60 s内能够承受2 366 A电流。综合考虑后选用ABB公司抽出式空气断路器E1B1600 81600-PR121/P-LL3P,其额定电流h=1 600 A,对于PR 121 /P-LI长延时过载脱扣器整定时,其分断能力在690 V电压系统下达到了36 kA,31}=4 800 A的电流情况下,整定时间可以达到1 44 s,均完全符合要求。当然,现在国产断路器比如正泰、德力西等等诸多品牌日渐崛起,虽然品质跟ABB相比还有差距,但是凭借价格优势,已经非常多的应用在电气设备中,特别是各行各业日益剧烈的竞争,使得价格第一的市场环境下品牌已经显得不那么重要了。
3回传窑电气控制系统设计
      比较传统的电气系统对于DCS800控制柜柜面布置可参考图1, DCS800 DI/DO控制原理见图2,相关指令的操作控制介绍如下。
      (1)合闸:在外部主电机冷却风机、润滑油站等准备好的前提下,按下SB1合闸按钮,进线断路器接通,全数字直流调速装置主回路和主电机冷却风机得电,此时指示灯H1点亮。
      (2)备妥:直流传动检测外部信号,当具备主电机启动条件时备妥灯H2点亮。
      (3)运行:按下SB3按钮,直流电动机运行,同时其冷却方式(CIC 37)所规定的双管进出风开始工作,运行灯H3点亮。PV1,PA1,PV2,PA2分别显示电枢电压电流、励磁电压电流。
      (4)故障:DCS800检测到故障时,故障灯H4点亮,主电机跳停,此时可按下SBS消音,故障解除后按SB6复位。
      (5)调速:通过调整柜体面板上的电位器RI,即可对回转窑主传动直流电动机进行调速。当前转速在仪表PSA1上显示。
      (6)停机:停机时先按下SB4停止主电机,再按下SB2关断进线主开关。遇到紧急情况需要停机时可按下SB7急停按钮瞬时停止主电机。
      (7)控制方式:本系统有中控/本柜两种控制方式,可由柜面转换开关SA1选择。在中控方式下,控制室上位机对直流传动进行远程启停,加减速等;在本柜方式下,由传动自带控制盘对直流电机进行全方位控制。
      (8)系统参数设置。按设备基本情况和设计要求,对DCS800-SO1-1500-07全数字直流调速装置进行参数设置,具体见表1
当前主流设计都采用了DCS系列电脑或者HMI人机界面触摸屏来作为PLC和直流调速器的前一级集中控制设备,其设计与应用将不要此讨论。
4.经验总结。
      设计选型完成及高工完成后应对设备进行全面调试完毕,运行后观察整流变压器有没有出现过热现象,ABB DCS800直流调速装置的运行状态及各项检测参数是否良好,进线空气断路器有无过流跳闸现象发生,及各个大电流环节的实际运行温升,实际满载启动电流与平衡运行电流是否与选型计算时得到的理论值一至,能不能达到客户要求的最终生产产量。
 基于ABBDCS800的水泥回转窑直流传动控制
(责任编辑:妙工科技)
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