摘    要：本文介紹了VFD-B-P係列變頻器在石油焦輸送機拖動係統中的應用；詳細闡述了該係統控製策略、原理
、調試過程和使用效果。變頻調速技術應用於設備拖動控製中，實現了電機低電流啟動、調速等功能；提高了生產能力和設備運行效率，延長了設備使用壽命

、節約電能等好處。

關鍵詞：變頻器   調速   輸送機   節能

Abstract：This article describes the VFD-B-P series frequency converter application in petroleum coke conveyor control system. Elaborated on the system control strategy
、the principle
、the debugging process and the results. Frequency control technology for drag control device to achieve a low current start motor
， speed control and other functions. Increased production capacity and equipment operating efficiency
， extend equipment life
， save energy and other benefits.

Key words： Frequency converter  Speed  Conveyor  Energy-saving

    經過二十多年的不斷發展和技術創新，變頻技術已十分成熟和完善，其應用也已非常廣泛和普及，尤其是國產變頻器，在技術
、性(xing)能(neng)和(he)質(zhi)量(liang)上(shang)已(yi)完(wan)全(quan)與(yu)進(jin)口(kou)產(chan)品(pin)相(xiang)比(bi)美(mei)
，甚(shen)至(zhi)部(bu)分(fen)產(chan)品(pin)功(gong)能(neng)超(chao)過(guo)了(le)外(wai)國(guo)進(jin)口(kou)產(chan)品(pin)，隻(zhi)是(shi)由(you)於(yu)過(guo)去(qu)遺(yi)留(liu)在(zai)人(ren)們(men)腦(nao)海(hai)中(zhong)的(de)舊(jiu)觀(guan)念(nian)和(he)意(yi)識(shi)，是(shi)人(ren)們(men)目(mu)前(qian)還(hai)對(dui)國(guo)產(chan)變(bian)頻(pin)器(qi)存(cun)在(zai)著(zhe)不(bu)好(hao)的(de)想(xiang)法(fa)和(he)不(bu)忍(ren)可(ke)的(de)關(guan)念(nian)，但(dan)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)和(he)國(guo)產(chan)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)不(bu)斷(duan)地(di)使(shi)用(yong)，人(ren)們(men)會(hui)漫(man)漫(man)地(di)重(zhong)新(xin)認(ren)識(shi)國(guo)產(chan)品(pin)的(de)和(he)性(xing)能(neng)的(de)
，隻(zhi)要(yao)國(guo)內(nei)眾(zhong)多(duo)企(qi)業(ye)不(bu)斷(duan)地(di)努(nu)力(li)和(he)完(wan)善(shan)自(zi)己(ji)的(de)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)，作(zuo)好(hao)售(shou)後(hou)服(fu)務(wu)，就(jiu)會(hui)得(de)到(dao)國(guo)內(nei)所(suo)有(you)企(qi)業(ye)內(nei)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)的(de)認(ren)可(ke)和(he)首(shou)選(xuan)。在(zai)實(shi)際(ji)企(qi)業(ye)設(she)備(bei)改(gai)造(zao)和(he)更(geng)新(xin)中(zhong)，人(ren)們(men)一(yi)般(ban)首(shou)選(xuan)自(zi)己(ji)曾(zeng)經(jing)使(shi)用(yong)過(guo)的(de)廠(chang)家(jia)產(chan)品(pin)，隻(zhi)要(yao)使(shi)用(yong)過(guo)國(guo)產(chan)變(bian)頻(pin)器(qi)，人(ren)們(men)就(jiu)會(hui)迅(xun)速(su)改(gai)變(bian)過(guo)去(qu)觀(guan)點(dian)。

    台達變頻器以其高質量、性能優越、功能多、控製精度高等特點
，已得到眾多企業工程技術人員認可和接受


，近多年的實際應用效果充分證明  台達VFD-B-P係列變頻器的質量、性能和功能的優越，其調速範圍大
、調速精度高、節能的優點


，易於控製、維護少，工作可靠、操作方便、保護監控功能完善、控製電路簡單、易(yi)實(shi)現(xian)的(de)特(te)點(dian)
，被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)較(jiao)為(wei)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)中(zhong)
，隻(zhi)要(yao)合(he)理(li)地(di)設(she)定(ding)變(bian)頻(pin)器(qi)相(xiang)關(guan)參(can)數(shu)
，就(jiu)能(neng)完(wan)全(quan)滿(man)足(zu)和(he)實(shi)現(xian)其(qi)複(fu)雜(za)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)要(yao)求(qiu)。

    在鋁電解預焙炭素陽極生產、成型、焙燒和組裝工藝過程中，皮帶輸送機被廣泛應用於石油焦、瀝青和殘極等散裝物料輸送作業線上。由於設備故障

、異常和生產工藝變化的隨機性，實際皮帶輸送料量變化很大：如煆燒鍛後焦皮帶輸送機，有時為3.5-6.5t/h之間（1台回轉窯生產）；有時可達到18t/h（煆燒3台回轉窯生產）以上。但普通皮帶輸送機均設計為1種速度拖動（如帶速為0.82m/s或1m/s），其輸料能力最大為12―13.5t/h。因而對於特殊狀態下的（輸料量超過14t/h以上）實際生產難以得到滿足，經常會出現壓料或落料現象（因皮帶上堆料過高，皮帶在運動過程中會出現部分物料滑落在輸送機兩側）。清(qing)掃(sao)落(luo)料(liao)需(xu)要(yao)耗(hao)費(fei)大(da)量(liang)人(ren)力(li)，作(zuo)業(ye)人(ren)員(yuan)易(yi)被(bei)皮(pi)帶(dai)掛(gua)傷(shang)
，存(cun)在(zai)著(zhe)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)
，也(ye)會(hui)造(zao)成(cheng)原(yuan)料(liao)損(sun)失(shi)和(he)生(sheng)產(chan)環(huan)境(jing)惡(e)化(hua)等(deng)問(wen)題(ti)。另(ling)外(wai)
，因(yin)設(she)備(bei)大(da)修(xiu)或(huo)計(ji)劃(hua)檢(jian)修(xiu)，有(you)時(shi)隻(zhi)有(you)1台回轉窯生產，皮帶機實際輸送料量很小
，皮帶長期（每天24小時運行工作製）運行在超低負載狀態
；其次每2個月一二期陽極成型安排1次設備計劃檢修（停產10-14天）。由於兩成型煆後焦原料倉單台爬坡皮帶輸送機最大輸送能力隻有13.5t/h左右。當3台回轉窯同時生產時，其煆後焦隻能用2條爬坡皮帶同時就近輸送
、cunzhu。ranhouzaitongguocheliangzhuanyunpinghengwuliao。youyushangshuwenti，wochangtichuleyingyongbianpintiaosujishuduiduotiaopidaishusongjikongzhixitongjinxingjishugaizao
，shixianpidaizousutiaojie，dadaotigaoqishusongliang，jianshaopidaipaokongxianxiang
，yanchangpidaishiyongshoumingdengzuoyong。

    womengenghaoditishengwochangduanshaopidaishusongjideshuliaonengli，jinyibujianshaoqinenghao，shixianpidaizousutiaosukongzhiyaoqiu，genjuxianyoushebeixianzhuang

，bingyizhaojingjixingdeyuanze，zonghekaolvjinxingxitongsheji、配置和選型。

①爬坡皮帶輸送機拖動設備為三相異步交流電動機，其主要技術參數和性能：

a型號Y160M―4、功率11KW（3～）、23.6A
、380V、50Hz
、1430r/min
、皮帶走速0.82m/s。

a型號Y₂200M₂―4
、功率15KW（3～）、29.6A
、380V、50Hz、1460r/min、皮帶走速1.0m/s。

②皮帶秤：

a.型號SM14（三組托輥懸浮式結構）：由SM14型全懸浮式稱重橋架、SM12C型測速傳感器
、SM2301-D型轉換器、SM2301-D積算儀組成（我廠煆燒一二期煆後焦計量）。

b.型號SM20―1（單托輥）：由SM20型杠杆式稱重橋架
、SM2012C型測速傳感器、SM2001積算器組成（我廠煆燒三期使用）。

    通過對國內外眾多廠家變頻器性價綜合比較，結合本係統控製要求，選擇VFD-B-P係列（台達生產）的變頻器較為適宜，此係列變頻器具有功能齊全、調速精度高、穩定性好和應用範圍廣等特點；其次還具有質量高、性價比高、抗幹擾能力強

、適合炭素惡劣環境使用、多參數控製等功能，能較好地實現多變量、複雜的控製係統需要。因此完全能滿足爬坡皮帶輸送機根據皮帶上料量大小自動調節皮帶走速控製要求。

    根據實際經驗，變頻器的選用首先要明確其使用的目的、應用在場合，按照生產機械的類型、調速範圍、控製精度
、啟動轉矩等實際要求，並從容量、電壓、頻率、保護功能
、電網穩定性等諸方麵進行綜合考慮

，其次依滿足工藝和生產的基本條件為前提
、既要考慮好用、又要經濟、今後維修方便及備件易采購的原則，進行係統地選擇其機型和生產廠家。

    據理論要求
，應用環境海拔超過1000m時
，變頻器應降容使用，海拔每升高1000m  變頻器的實際容量會降低5%。我廠地處2400m以上的海拔，故在選擇變頻器的容量、負載能力和散熱能力時，一般應有20%以上的餘量。

    由於VFD-B-P係列變頻器具有功能齊全、調速精度高（調速誤差為0.01Hz），過載能力大（可達到250%以上）
、穩定性好和調速範圍廣（最大輸出頻率可達到400Hz）等特點
；其次還具有質量高、性價比高、抗幹擾能力強
、適合炭素惡劣環境使用、多參數控製等功能
，適合多變量、複雜的控製係統。因此完全能滿足爬坡皮帶輸送機根據皮帶上料量大小自動調節皮帶走速控製要求。故選擇如下容量和型號的變頻器；

a.型號VFD150B43P(拖動Y160M―4

、11KW電動機)；

b.型號VFD185B43P(拖動Y₂200M₂―4、15KW電動機)；

由於輸料機安裝地距電磁站距離有120多米，故須增設輸出電抗器，其分別為TDL-4A001-0150（適配功率15KW）和TDL-4A001-0110（適配功率11KW）。

    我廠3個成型石油焦儲料倉分別采用1條爬坡式皮帶輸送機
，其驅動裝置采用11KW（三期為15KW）普通三相交流異步電動機拖動
；其爬坡皮帶輸料機結構和原理如圖1所示。由於皮帶輸送線上通常設有多個加料口。如我廠煆燒1#、2#
、3#回轉窯（產能均為6t/h）煆後石油焦、1個物料平衡加料口和1個焙燒填充料回收投料口等原料均供給一二成型車間生產用料。雖然3台回轉窯排料口2個加料口通過過橋皮帶輸送機與2個成型爬坡皮帶連通。但由於1台爬坡皮帶輸送機原設計輸送料量為13.5t/h。若3台窯同時給1個成型原料倉上料，則1台爬坡皮帶輸送機就不能及時將料輸送走。在實際中，通常啟動2條爬坡皮帶同時向2個成型原料貯存倉輸料。然後再用車輛轉運。故每月要安排50餘台・班次車輛平衡物料（轉運成型原料倉內的石油焦）。

圖1 爬坡皮帶輸送機結構與原理圖

    針對生產中存在的上述問題，2009年我廠提出了變頻改造計劃
，經過在1條爬坡皮帶輸送機控製係統改造試驗，並使其工作在60Hz條件下，在不同工況環境下連續運行，其電機溫度
、電流等運行參數均正常；在5Hz條件下較長時間運行時，11KW異步電機溫度較高（達到58℃左右），其運行參數如表1所示。

表1 皮帶輸送機變頻控製條件下運行參數測量（環境溫度19℃）

    係統控製原理：每條爬坡皮帶輸送機拖動 機構由一台交流異步電機驅動，采用VFD150B43P變頻器控製。其變頻器通過外部電位器設定值與皮帶電子稱實時測量信號相加，作為初級給定信號，並通過濾波、PID、xianfudengchulihou，zuoweishijipinlvkongzhigeidingzhixinhao，shixianshusongjipidaizousukongzhihetiaojie，dadaogenjushusongjipidaishangshijiliaoliangdaxiaozidongtiaojiekongzhimude。qicixitonghaishejilebianpinqihengsuyunxingmoshi（即麵板設定速度：1台窯下料時
，頻率設為30Hz；2台窯下料時，頻率設為45Hz；3台窯下料時，頻率設為60Hz），當皮帶稱發生故障時（影響輸料工作），隻需將變頻器給定方式修改為麵板設定方式
，並設定相應的頻率，即可使係統投入正常運行。其係統結構、控製原理如圖2所示；變頻器控製接線如圖3所示。

圖2 皮帶輸送機變頻調速係統控製原理

圖3 變頻器主、控製線接線圖

    變頻器PID控kong製zhi功gong功gong能neng
，能neng很hen好hao地di抑yi製zhi皮pi帶dai走zou料liao不bu均jun和he皮pi帶dai抖dou動dong引yin起qi的de稱cheng重zhong係xi統tong信xin號hao波bo動dong，過guo濾lv能neng顯xian著zhu降jiang低di變bian頻pin器qi的de頻pin繁fan加jia減jian速su調tiao節jie的de問wen題ti。通tong過guo大da積ji分fen時shi間jian常chang數shu設she定ding，使shi稱cheng重zhong係xi統tong信xin號hao擾rao動dong加jia入ru到dao係xi統tong瞬shun間jian，積ji分fen不bu起qi作zuo用yong（因積分調節作用是滯後的，積分時間越大，調節速度越慢），有利係統穩定，滯後性又減小波動，增加係統的抗幹擾能。小的微分時間常數有利於料良突然增加後（相當於階躍輸入），能迅速提高皮帶速度的控製。隻要適當的選取這些參數，就能很好地實現皮帶速度的準確控製效果。

    應用變頻器控製皮帶走速功能

，實現了根據給料量大小采取不同的皮帶走速控製方式，達到了自動調節皮帶的輸料量的目的。如3台回轉窯同時生產時，1條爬坡皮帶機的驅動電機運行在58  Hz左右就能滿足生產要求；2台窯生產時
，電機運行在46Hz左右
；1台窯生產時，電機工作在31Hz左右；料量低於0.8t/h或空載時，電機運行在10Hz（此值為皮帶最低工作頻率）。實際運行效果證明
，采用變頻器控製後，爬坡皮帶輸送機的輸送提高了36%以上能力，使皮帶輸送機的輸料量顯著得到增加，又實現了其較為經濟的運行工作效果。降低設備空耗和磨損
，大幅減少了生產中“大馬拉小車”的現象。同時也能顯著延長設備使用壽命。使一線操作人員的巡視、維護、清掃作業等日常工作強度明顯地得到減少；由於輸送機的皮帶走速度由原來0.82m/s提高到1.27m/s，輸料量由原來13.5t/h增加到18.6t/h
，設備的工作能力提高了近40%；每月減少平衡物料用車36台・次（費用580元/台・次）；清料次數減少至6個班1次（改造前為每班1次）

；清料量不足0.1t/次（改造前為0.3t/次左右）。1條爬坡皮帶就能完全承擔3台回轉窯煆後焦輸送任務。經過1年多的使用，其效果十分良好，於是我們先後對其它2台輸送機進行了改造
，起效果均十分理想。

    變bian頻pin調tiao速su係xi統tong安an裝zhuang完wan成cheng後hou，根gen據ju實shi際ji生sheng產chan情qing況kuang進jin行xing係xi統tong調tiao試shi，才cai能neng更geng加jia發fa揮hui其qi控kong製zhi效xiao果guo。本ben係xi統tong調tiao試shi主zhu要yao分fen為wei皮pi帶dai秤cheng係xi統tong參can數shu設she定ding與yu變bian頻pin器qi控kong製zhi參can數shu設she置zhi。

    SM20―1為單托輥皮帶稱（SM14為三組托輥懸浮式結構）、SM2001（SM2301-D）積算器具有計量
、皮帶瞬時走料量
、帶速、料量累加等運算功能，設有4―20mA信號輸出接口
，設定積算器的輸出比例參數可得到不同走速時的信號值。

    由於VFD-B-P係列變頻器具有用戶參數（00-00┅00-10）、基本參數（01-00┅01-23）、操作方式參數（02-00┅020  -15）、輔助功能參數（03-00┅03-12）、輸入功能參數（04-00┅04-25）

、多段速以及自動程序運行參數（05-00┅05-34）
、保護參數（06-00┅06-18）、電機參數（07-00┅07-15）、特殊參數（08-00┅08-22）、通訊參數（09-00┅09-07）、回授控製參數（10-00┅10-16）、多組電機控製參數（11-00┅11-07）等參數設置，正確設置這些參數
，才能使變頻器實際運行在最佳工作狀態。在通常情況下，變頻器停止時

，方可修改其控製參數；在運行中，隻能修改少數監控和查看有關工作參數（如頻率
、電流、電壓、溫度等參數）。

(1)輸入設置及其它主要參數確定

    設置AVI、AIC1為信號輸入端：AVI―為主速指令給定輸入；AIC1―為輔助指令（皮帶秤量信號輸入端）。通過主輔給定求和：即AVI與ACI1信號按照一定的比例運算
、放大等處理，作為變頻器的實際控製信號給定。電位器給定作為控製信號由變頻器的AVI輸入
；皮帶秤的瞬時流量信號（4--20mA）作為控製信號由變頻器的ACI輸入。通過變頻器的程序處理（比例
、合成），作為變頻器的最終控製信號。其主要設置方法如下：

    ①確定給定AVI輸入信號的範圍。首先斷開皮帶秤信號（或使ACI電流為4  mA），調整主速指令給定電位器至最小（一般不超過100Ω），啟動變頻器運行（帶載）


，緩慢增加給定電位器電阻至變頻器工作在60Hz；在調試過程中應多選擇幾個工作點
，以便準確地獲得係統控製曲線
；實際驗證時，要在不同給料量條件下進行測試。最大輸料能力的確定是以實際最大負載（如皮帶給料量達到18-19t/h）時，其能及時輸送為原則
，測取係統相關數據。其測得的部分數據如表1所示（包括變頻器輸出頻率、皮帶秤瞬時流量值）。

表1 變頻調速係統相關技術參數測量記錄

注：此表內數據為11KW爬坡皮帶輸送機的運行參數。

    ②確定皮帶秤信號比例關係：首先使變頻器運行在10Hz狀態
，將皮帶稱輸出信號接入變頻器
，連續
、均勻地給料（皮帶秤信號從4mA開始增加，其改變量小於0.1mA，則可認為給料恒定），記錄給料量、變頻器輸出（頻率）、電機溫度等參數值（見表2所示）。分析數據，則可驗證其設定值的大小是否合理。可根據數據變化趨勢
，采取相應的對策（必要時還可修改稱重係統信號輸出斜率）調整其比例係數。本係統最終確定其皮帶秤信號的比例係數為82%。另外若給定值修正不理想，可通過改變皮帶秤的PID參數（一般是改變比例常數），也可優化匹配的參數修正值。

表2 皮帶秤信號技術參數測量記錄

注：此表內數據為11KW爬坡皮帶輸送機的運行參數；K―為皮帶稱輸出增益係數。

    ③最高頻率確定：當3台回轉窯滿負荷正常生產時，其1條爬坡皮帶輸料量必須達到18.6t/h（±0.2）以上，才能保證皮帶不會出現壓料現象
，此時變頻器輸出必須超過58Hz以上。由於這一頻率超出工頻不多，又電機額定轉速為1460r/min（4極），其工作在58Hz時電機轉速不超過1740r/min，根據電機設計學，其小幅度的超頻運行完全可以。經過較長時間超頻（60Hz）運行，其電機各項運行參數均正常。

    ④最低頻率確定：由於皮帶輸送機采用普通異步電動機驅動，其工作頻率低於10Hz時，電機溫度迅速升高（見表3所示），雖然實際中，這洪超低速運行現象較少，但對於拖動係統的安全性和可靠性要求，應盡可能地避免，為此將係統的最低頻率定為10Hz。

表3 變頻器驅動普通異步電動機的運行參數

注：此表內數據為11KW爬坡皮帶輸送機拖動電機運行參數。

    係統投入運行後
，為降低係統因傳感器、積算器等控製器的信號波動引起變頻器頻繁工作在加、減速調節現象（這會造成電機

、變頻器運行溫度較高問題），可采用延長積算器信號采樣周期和增大PI積分常數等措施
，就能顯著地提高變頻器的穩定性。另外采取在變頻器的ACI端增設高頻過濾器，也可改善係統的波動現象；加速時間設定為4―7s較為適宜：加速時間過長，當皮帶料量突然較大幅度地增加時皮帶不能及時升速，造成壓料現象
；加(jia)速(su)時(shi)間(jian)太(tai)短(duan)
，由(you)於(yu)皮(pi)帶(dai)負(fu)載(zai)時(shi)慣(guan)性(xing)很(hen)大(da)，會(hui)使(shi)皮(pi)帶(dai)出(chu)現(xian)打(da)滑(hua)現(xian)象(xiang)。這(zhe)種(zhong)設(she)置(zhi)雖(sui)降(jiang)低(di)了(le)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)性(xing)
，但(dan)卻(que)能(neng)提(ti)高(gao)皮(pi)帶(dai)輸(shu)料(liao)機(ji)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)性(xing)。

(2)變頻器設定的工作參數

    VFD110B43P變頻器在我廠一二期煆後焦爬坡皮帶輸送機（Y160M―4、11KW）控製係統中最終設定的工作參數內容見表1所示。其餘參數默認為出廠設定值（即為變頻器出廠時設定的有關數值）。

表1 VFD110B43P變頻器主要參數設定

    石油焦皮帶輸送機采用VFD110B43P或VFD150B43P變頻器調速控製，能使輸料機皮帶走速實現較大範圍（0.3m/s～1.24m/s）調速。輸料能力大幅增加。2009～2010年我廠先後對石油焦煆燒係統3條皮帶輸送機控製係統實施了變頻調速改造。3年的實踐證明，這種小範圍內的增加電機運行頻率，是完全可行的，其改造效果良好：皮帶輸送能力提高了38%（如爬坡皮帶輸料機的輸料量由原來13.5t/h提高到18.6t/h）；皮帶使用壽命大幅延長。由於大幅減少了皮帶跑空現象，其輸送機月耗電降低約26%左右；皮帶壽命平均延長1倍以上，每台輸送機每年減少維修直接費用（如購置皮帶、棍子
、潤滑油等機械備件）0.8萬多元以上。其次應用VFD-B-P係列變頻改造，還有如下幾點好處：

    ①改造實施難度低。適合企業自己施工改造
，沒有複雜的外部控製電路設計，調試方便
，係統易實現。

    ②通過變頻器的有關參數設定就能實現係統的最優控製和各項參數優化調整。

    ③改造成本低：隻需購置變頻器就可實現設備改造。許多原有的電器件都得到了充分利用。如電機
、皮帶稱（包括控製儀）、操作櫃、動力電纜等。

    ④變頻器運行穩定、維護工作量少（根據安裝地環境特點
，適當安排清灰、檢查即可）。

    ⑤設備運行效率高。改造3年來

，設備工作平穩，皮帶未發生過撕裂
、拉斷等現象。

    ⑤節約電能。在輸送料量相同的條件下，電機電流平均降低4.2A。

    應用VFD-B-P係列變頻器對石油焦皮帶輸料機控製係統改造，實現了皮帶走速根據實際給料量大小自動控製目的；tigaoqishuliaonengli
，jianshaopidaipaokongxianxiang，dafujiangdilewuliaoshusongzhongdenenghao
，jieyuedianneng
，genjugaizaoqianhoupidaishusongjishijidianliudaxiao，chubujisuanmeiyuedantaishusongjikejiedian1100KWh以上
，每年節約電能1.3萬多度。

    韓敏（1967-）男  高工，先後在電解、炭素行業從事設備技術管理和維修工作

，現從事設備維修、技改和大修等工作。