西门子G120变频器在干熄焦装入装置中的应用

吉 冲，罗永媛

（西安华江环保科技股份有限公司，陕西西安 710015）

0 引言

干法熄焦，简称干熄焦，是相对于湿法熄焦而言的，是指将焦炉中所产的炽热焦炭从干熄炉顶部装入，炽热红焦在干熄炉内部与惰性气体进行热交换而将炽热红焦冷却熄灭的一种工艺。装入装置位于干熄炉顶部的平台上，装入装置电动缸通过驱动装置牵引设置在台车上的炉盖和装焦料斗沿轨道行走，顺序打开炉盖，将装焦料斗对准干熄炉口，或将料斗移开干熄炉口，关闭炉盖[1]。炽热的红焦遇到空气中的氧气后会迅速燃烧，降低焦炭质量，且焦炭的燃烧会对大气造成污染。因此，干熄炉炉盖的打开和关闭时间须控制在足够短的时间内，尽量减少红焦在装入干熄炉期间的燃烧。装入装置重量大、惯性大，因此装入装置在打开和关闭的单程运行中不能以恒定的速度运行，而需要低速启动、高速运行、低速停车。

1 装入装置工作原理

装入装置通过电动缸的伸、缩在轨道上移动，变频器控制的三相异步电动机带动电动缸内的丝杠旋转驱动电动缸的伸、缩，电动缸内部的丝杠与若干旋转凸轮限位片同轴连接。装入装置在打开或关闭状态时，旋转凸轮限位均处于低速位置，从关闭状态到打开状态的运行过程：变频器接收到“打开”命令后，电动缸内的电磁抱闸打开，此时旋转凸轮在低速位置，变频器驱动电动机开始低速、正向旋转，随着电动缸内部丝杠的转动，与其同轴连接的旋转凸轮离开低速位置，变频器检测到低速位信号断开后便控制电机高速正向旋转，当旋转凸轮再一次旋转至低速位置时向变频器发出减速信号，变频器控制着电机减至低速、正向旋转，待另一片旋转凸轮旋转至关限位时变频器控制电机停车，延时2s后关闭电磁抱闸，防止装入装置因惯性太大而滑行。装入装置从打开状态至关闭状态的运行过程与上述过程相反，装入装置运行动作曲线如图1所示。根据装入装置动作曲线图，配套电动缸驱动电机的运行过程如图2所示。

2 装入装置电气控制系统组成

图1 装入装置动作曲线

图2 装入装置驱动电机运行状态

装入装置电气控制系统包括变频器控制柜、机旁操作箱。变频器控制柜安装于低压配电室，由变频器、断路器、接触器和继电器等元器件组成。操作箱安装于装入装置旁边，由转换开关、按钮和指示灯等元器件组成。装入装置电动缸接线盒内有4片同轴连接的旋转凸轮限位，分别命名为开限位、低速位、高速位、关限位。4片旋转凸轮与电动缸内部丝杠同轴旋转，旋转凸轮转至低速位时电机启动并以低速运转，当旋转凸轮离开低速位时电机开始高速运行，旋转凸轮再次旋转至低速位时电机再次低速运行，另一片旋转凸轮旋转至关限位时电机停止转动。电动缸内部有一电磁抱闸装置，电机运转过程中电磁抱闸打开，电机停止运转后电磁抱闸闭合，保证装入装置不因惯性而发生移动。

3 装入装置变频器

根据干熄焦装入装置的控制要求和该装置的重要性，选用西门子G120系列变频器。西门子G120变频器功率范围（37～90）kW，标准的模块化设计包括功率模块、控制单元和操作面板等，都是完全独立的单元，支持带电热插拔，通信功能内置。该装置采用外部端子方式控制变频器运行。西门子G120外部回路接线端功能：数字量输入端共10个，端子5～8，16～17，40～42分别和公共端9号端子组成了9组常开触点，可自由编程。在此，将5号端子定义为“正转启动”，6号端子定义为“反转启动”，7号端子定义为“故障复位”，16号端子定义为“固定转速1”，17号端子定义为“固定转速 2”。数字量输出端中，20号端子与 19，18号端子分别组成一组常开/常闭触点，22号端子与21号端子组成一组常开触点，25号端子与24、23号端子分别组成一组常开/常闭触点。在此，将20，19号端子定义为“变频故障”；22，21号端子定义为“抱闸输出”；25，24号端子定义为“就绪”，与主接触器相关联，变频器上电后“就绪”端便有效。外部电源接线端子为31，32，需要一路DC24V电源。变频器外部电气接线原理如图3所示。

图3 变频器外部接线图

根据装入装置电动缸驱动电机运行要求定义变频器I/O端子为：KA1-正转、KA2-反转、KA4-速度 1、KA5-速度 2、KA6-故障输出、KA7-抱闸输出、KA8-变频器就绪。变频器状态与中间继电器逻辑组合见表1。

表1 变频器状态与外部控制继电器动作逻辑对应表

4 装入装置电气控制原理

根据变频器状态与外部控制继电器动作逻辑对应表，对应的电气控制柜原理、现场操作箱原理见图4、图5。

图4 变频器控制原理

图5 机旁操作箱原理

5 装入装置运行过程调试

检查线路无误后，把装入装置电动缸通过手动摇杆摇至总行程的中间位置，电气控制柜上电，通过STARTER软件下载相应的程序至变频器控制单元，根据工艺要求调整好装入装置运行时所需的位置，固定好4片旋转凸轮限位，电气控制线路调试完成后点动试运行，试运行完成后计时装入装置单向行程所需的时间，调整变频器输出转速，直至单向行程时间＜12s。反复开、关5次确认无误后填写报告交付使用。

6 结语

通过对西门子G120系列变频器电气控制系统在干熄焦装入装置中的应用，为其他的类似装置的设计提供一些借鉴之处，也为干熄焦的生产维护人员提供一定的帮助。

［1］潘立慧，魏松波等，干熄焦技术［M］.北京：冶金工业出版社，2005.