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案例頻道摘要：本文解析了氧化鋁的生產(chǎn)流程過程及對變頻器的要求，介紹了基于ControlNet冗余通訊網(wǎng)絡(luò)的英威騰Goodrive800變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線的系統(tǒng)應(yīng)用，大大降低了氧化鋁企業(yè)的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)設(shè)備的故障率，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。
關(guān)鍵詞：Goodrive800 ControlNet 氧化鋁 冗余通訊 變頻器
1 引言
由于氧化鋁生產(chǎn)對變頻器提出了很高的要求，設(shè)計院在做設(shè)計時，都毫無例外地選用ABB、西門子、施耐德、AB等進口變頻器。 國內(nèi)某80萬噸氧化鋁生產(chǎn)線整線傳動首次采用國產(chǎn)英威騰Goodrive800系列變頻器, 網(wǎng)絡(luò)采用ControlNet雙網(wǎng)冗余通訊控制方案.現(xiàn)場運行表明Goodrive800變頻器運行穩(wěn)定,成功地替代了進口品牌變頻器，而且性價比更高。
2 生產(chǎn)流程及對變頻器要求
2.1 氧化鋁生產(chǎn)流程
從鋁礬土礦石生產(chǎn)出合格的氧化鋁需要經(jīng)過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾個大的生產(chǎn)流程，按工藝流程的次序組織為原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾大車間，為充分利用母液，再設(shè)置一個蒸發(fā)工序車間。原料車間用以制備粒度、成份比例等指標都符合要求的原礦漿；溶出車間通過多級預(yù)熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環(huán)境，并保證足夠的溶出時間，以使原礦漿中的氧化鋁成份溶出至鋁酸鈉溶液中。沉降車間通過沉降和多次反向洗滌，將料漿中的粗液及附著堿與各種雜質(zhì)構(gòu)成的赤泥進行分離，分離出的粗液經(jīng)葉濾機過濾后制得精液，再送至分解車間與晶種混合，逐級進入各分解槽進行降溫、攪拌，以充分析出氫氧化鋁，析出的氫氧化鋁漿液經(jīng)分級后細料進種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經(jīng)過濾后進行高溫焙燒，最終制得成品氧化鋁。蒸發(fā)車間用于對循環(huán)母液進行濃縮處理，以除去在流程中進入母液中的多余水分，達到工藝要求的母液濃度。
2.2 氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求
整個氧化鋁生產(chǎn)過程對物料的運送由漿泵、進料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環(huán)泵等各種不同功能的泵承擔。生產(chǎn)過程中，物料及反應(yīng)容器的溫度、壓力、配料流量等指標的控制非常嚴格；同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運轉(zhuǎn)設(shè)備的連續(xù)運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設(shè)備和焙燒系統(tǒng)易燃易爆設(shè)備的安全運行，要求對運送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運行。氧化鋁生產(chǎn)工序比較復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)境差，溫度高，粉塵多，對變頻器的主要要求有：
1) 漿泵、進料泵、出料泵等的工作介質(zhì)是非常粘稠的礦漿，其負載特性接近恒轉(zhuǎn)矩負載特性。由于某種原因使生產(chǎn)短時停頓，粘稠的礦漿會產(chǎn)生沉降，恢復(fù)生產(chǎn)再次起動時，這些泵的起動力矩非常大，因此要求變頻器有足夠大的起動力矩和較高的過載能力。
2) 氧化鋁生產(chǎn)線占地的面積很大，其電氣控制設(shè)備和變頻器均安裝在配電房內(nèi)，大部分的電機與變頻器的距離在100-300米，要求變頻器的輸出接上100-300米電纜能夠正常工作。
3) 變頻器的輸出含有高次諧波，現(xiàn)場使用的變頻器的數(shù)量多，必須考慮諧波對DCS控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制儀表干擾，要求變頻的輸出諧波含量較低，低于國家標準GB12668-2.2002、GB12668-3.2003所要求的諧波含量。
4) 氧化鋁生產(chǎn)具有連續(xù)性，生產(chǎn)過程中因某臺設(shè)備故障引起全線停產(chǎn)，將帶來極大的損失，因此，對變頻器的可靠性要求極高。
3 Goodrive800變頻器技術(shù)特性
1) 標配STO（安全轉(zhuǎn)矩截止）以及SS1（安全停車1）的功能性安全方案符合最新的歐盟機械指令2006/42/EC
2) 支持Profibus-DP/Can/ControlNET/DeviceNet等多種總線
3) 變頻器單元模塊化設(shè)計，功率密度大，成柜尺寸小
4) 變頻器單元上進下出進線設(shè)計，方便并機組成大系統(tǒng)
5) 變頻器單元移動輪滑式結(jié)構(gòu)設(shè)計方便系統(tǒng)維護
6) 整流逆變功率單元相互兼容，降低后期維護成本
7) 變頻器單元通過光纖通訊由控制單元控制，控制單元獨立模塊化設(shè)計，方便系統(tǒng)成柜，可分布式安裝，強弱電隔離，抗干擾能力強
8) 四象限整流能量回饋時網(wǎng)側(cè)諧波≤5%，對電網(wǎng)干擾小
9) 母線電壓可調(diào)，在電網(wǎng)電壓波動較大時，能保證輸出電壓穩(wěn)定
10) 優(yōu)越的矢量控制性能，啟動轉(zhuǎn)矩大，閉環(huán)矢量啟動轉(zhuǎn)矩可達200%額定轉(zhuǎn)矩
4 ControlNet冗余網(wǎng)絡(luò)介紹
ControlNet是近年來推出的面向控制層的實時性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理層介質(zhì)鏈路上提供時間關(guān)鍵性I／O數(shù)據(jù)和報文數(shù)據(jù)，包括程序的上傳／下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和端到端的報文傳遞等通訊支持，是具有高度確定性、可重復(fù)的高速控制和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，I／O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大的提高。
ControlNet允許在同一鏈路上有多個控制器共存，支持輸入數(shù)據(jù)或端到端的多路發(fā)送，這就大大的減少了網(wǎng)絡(luò)上的交通量，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能。ControlNet能預(yù)見數(shù)據(jù)何時能夠可靠傳輸?shù)侥繕说哪芰Γ瑫r數(shù)據(jù)的傳輸時間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點添加/刪除情況或網(wǎng)絡(luò)繁忙狀況而保持恒定的能力。在實際應(yīng)用中，通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時選擇性設(shè)定有計劃I/O分組或互鎖時間，這些要求能得到更進一步的保證。
ControlNet具有可選的介質(zhì)冗余和本征安全優(yōu)點，安裝和維護簡單，網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點居于對等地位，可以從任意節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取；拓撲結(jié)構(gòu)（總線型、樹型、星型等）和介質(zhì)選擇（同軸電纜、光纖和其它）可以靈活選擇。
5 Goodrive800變頻器現(xiàn)場應(yīng)用情況
5.1 變頻器選用情況
國內(nèi)某生產(chǎn)企業(yè)新上年產(chǎn)80萬噸氧化鋁冶煉項目，經(jīng)過甄選最終選用深圳市英威騰電氣股份有限公司自主開發(fā)的新一代高性能、采用轉(zhuǎn)子磁場定向的Goodrive800工程型矢量控制變頻器，對其生產(chǎn)過程的每一道工序提供變頻調(diào)速（功率從15kW到800kW），共安裝使用144臺.
5.2 控制層及設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)拓撲
整條生產(chǎn)線電氣部分控制層采用AB公司DCS系統(tǒng)，配置ControlNet雙網(wǎng)冗余通訊網(wǎng)絡(luò)，對Goodrive800變頻器為主的設(shè)備層節(jié)點進行控制，系統(tǒng)拓撲圖（局部）如下：
5.3 變頻器選型配置
1) 針對氧化鋁生產(chǎn)對變頻器的要求，選用的Goodrive800變頻器1Hz時的轉(zhuǎn)矩可達200%，無需閉環(huán)運行。
2) 考慮到過載因素，在實際應(yīng)用時電動機的容量會加大一檔，變頻器的容量也適當增大。
3) 考慮到整個生產(chǎn)線使用變頻器較多，在變頻器的輸入側(cè)加裝輸入電抗器和輸入濾波器，保證在任何情況下都不會對計算控制系統(tǒng)和數(shù)字儀表造成干擾。
4) 考慮輸出電纜的長度增加，分布電容和分布電感也相應(yīng)增加，對某次諧波可能會引起震蕩或形成駐波，這將嚴重影響電動機的運行。在變頻器的輸出側(cè)加裝輸出電抗器或再加輸出濾波器，平抑變頻器輸出的dU/dt尖脈沖。
5.4 變頻器電氣原理圖及功能設(shè)置
5.4.1 氣原理圖
5.4.2 變頻器控制盒端子功能
序號 | 端子號 | 功能 | 注釋 |
1 | +24V | 控制盒DC24V工作電源 | |
2 | COM | ||
3 | S1 | 數(shù)字量輸入：正轉(zhuǎn)運行 | |
4 | S2 | 數(shù)字量輸入：命令切換到通訊 | |
5 | S3 | 數(shù)字量輸入：外部故障輸入 | |
6 | COM | 數(shù)字信號公共端； | |
7 | RO1A | 繼電器輸出：運行中 | |
8 | RO1C | ||
9 | RO2A | 繼電器輸出：變頻器故障 | |
10 | RO2C | ||
11 | ControlNet卡 | 實現(xiàn)變頻器與DCS通訊連接 | 通過T型頭連接至ControlNet冗余網(wǎng)絡(luò) |
5.4.3 變頻器功能碼設(shè)置表
功能碼 | 功能說明 | 備注 |
P00.00=2 | 速度控制模式 | 空間電壓矢量控制模式 |
P00.01=1 | 運行指令通道 | 端子運行指令通道 |
P00.02=1 | 通訊運行指令通訊通道選擇 | ControlNet通訊通道 |
P00.06=9 | A頻率指令選擇 | ControlNet通訊設(shè)定 |
P00.11 | 加速時間1 | 根據(jù)現(xiàn)場工藝設(shè)定 |
P00.12 | 減速時間1 | 根據(jù)現(xiàn)場工藝設(shè)定 |
P00.13=2 | 運行方向選擇 | 禁止反轉(zhuǎn)運行 |
P00.17 | 變頻器應(yīng)用場合 | 根據(jù)具體設(shè)備設(shè)定輕重過載應(yīng)用 |
P01.05 | 加減速方式選擇 | 皮帶機選擇S曲線型 |
P02.01 | 異步電機1額定功率 | 電機銘牌數(shù)據(jù) |
P02.02 | 異步電機1額定頻率 | 電機銘牌數(shù)據(jù) |
P02.03 | 異步電機1額定轉(zhuǎn)速 | 電機銘牌數(shù)據(jù) |
P02.04 | 異步電機1額定電壓 | 電機銘牌數(shù)據(jù) |
P02.05 | 異步電機1額定電流 | 電機銘牌數(shù)據(jù) |
P05.01=1 | S1端子功能選擇 | 正轉(zhuǎn)運行 |
P05.02=38 | S2端子功能選擇 | 命令切換到通訊 |
P05.03=9 | S3端子功能選擇 | 外部故障輸入 |
P05.13 | S1端子閉合延時時間 | 先運行冷卻風(fēng)機，后運行主電機（根據(jù)客戶要求設(shè)定） |
P06.03=1 | 繼電器RO1輸出選擇 | 運行中 |
P06.04=5 | 繼電器RO2輸出選擇 | 變頻器故障 |
P06.07=8 | 輸出端子極性選擇 | 故障取反 |
P21.00=0 | 模塊類型 | ControlNet |
P21.01 | ControlNet模塊地址 | 根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)定唯一值 |
P21.02=1 | PZD2接收 | 設(shè)定頻率 |
P21.13=1 | PZD2發(fā)送 | 運行頻率 |
P21.14=5 | PZD3發(fā)送 | 輸出電流 |
P21.15=19 | PZD4發(fā)送 | 端子輸入狀態(tài) |
P21.26=22 | ControlNet輸入長度 | DCS的配置通訊卡的輸入長度，根據(jù)DCS要求設(shè)置 |
P21.27=14 | ControlNet輸出長度 | DCS的配置通訊卡的輸出長度，根據(jù)DCS要求設(shè)置 |
每個工序的變頻器控制原理基本相同，工段和工序不同，功能設(shè)置也有一些差別，表中僅列出溶出稀釋后泵Goodrive800 250kW變頻器功能設(shè)置參數(shù)，僅供參考。
6 結(jié)論
目前Goodrive800變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線已經(jīng)成功投運超過一年,英威騰變頻器的高可靠性得到了充分的驗證，與進口變頻器相比毫不遜色。英威騰Goodrive800變頻器在氧化鋁行業(yè)成功地替代了進口品牌變頻器，而且性價比更高，深得用戶的滿意。
參考文獻
[1] Goodrive800系列產(chǎn)品變頻器軟件手冊.深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] Goodrive800系列工程傳動變頻器產(chǎn)品手冊.深圳市英威騰電氣股份有限公司
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號