宋峰
内蒙古鼎誉工程管理服务有限公司内蒙古鄂尔多斯017000
摘要：随着科学技术的发展，我国的变频技术有了很大进展，变频器的应用越来越广泛。变频器的主要功能是调节交流电动机的转速，为交流电动机提供理想的调速方案。本文分析了搅拌站电机的运行情况，结合对电机的一些运行功率参数测量的数据，找出控制策略缺乏优化的电机，在满足搅拌站生产工艺要求的情况下，进行设计改进，并通过实测数据对改进结果进行验证。通过对搅拌站普遍存在的问题的分析、研究和设计改进，成功地实现了变频技术在混凝土搅拌站中的应用。
关键词：搅拌站；变频技术；优化控制
引言
混凝土搅拌站是用来集中搅拌混凝土的联合装置，混凝土搅拌站的类型较多，它的组成也是各种各样的，但它的基本组成部分为:供料系统、计量(称量)系统、搅拌系统、电气系统及辅助设备(如空气压缩机)等。在系统生产流程中，其所有的机械拖动也都采用电动机。
1变频技术的基本概述
变频技术的主要作用就是将直流电逆变成不同频率的交流电，或者将直流电逆变成交流电之后，再将交流电逆变成直流电。在变频技术的逆变过程中，只有频率发生变化，不存在电能变化。而变频技术实现的重要设备就是变频器，变频器的工作原理就是交流电—直流电—交流电。变频器可以利用整流桥整流方式把三相380V(220V)/50Hz交流电变成脉动直流电；然后利用电解电容滤波将其变成平滑的直流电。控制板对IPM、IGBT的控制可以将直流电逆变成三相频率可变的交流电。变频器主要由键盘、电源板、控制主板、整流桥、电解电容、充电电阻、继电器、逆变模块以及保险管等组成。
2变频技术在搅拌站电机优化控制和节能中的应用
2.1电机分类分析
①振动电机类：13个，此类电机功率为0.9～0.1kW，工作方式为S3：断续周期工作制，周期性的短时间振动，利用率高、节能空间小，故本文暂不做研究。②泵类：4个，工作制为S3：断续周期工作制，每个搅拌站生产周期一段时间恒定负载，一段时间停转。电机的利用率高、节能空间小，本文不做深入地研究。③螺旋类：4个，工作方式为S3：断续周期工作制，每个搅拌站生产周期一段时间恒定负载，一段时间停转，电机的利用率高、节能空间小，本文暂不做研究。④除尘电机：1个，工作方式为S3：断续周期工作制，每个搅拌站生产周期一段时间恒定负载，一段时间停转。电机的利用率高、节能空间小，本文暂不做研究。⑤空压机：1个，低于压力设定值时启动，高于0.8MPa时停止运行，属于断续周期工作制，电机的利用率高、节能空间小，本文暂不做研究。⑥皮带类：2个，包括平皮带和斜皮带，工作方式近似可以看为S6：连续周期工作制：每个搅拌站生产周期都有一段时间近似恒定负载，其余时间为空载。电机的功率因数低、利用率低，控制策略缺乏优化，需要进行设计改进。从测试的数据，可以看出，斜皮带空载的时候的电流为27.5A，功率因数为0.3，空载的功率为5.72kW。一个周期以90s计算的话，斜皮带空载约占1/3周期，也就是30s。一个周期斜皮带空载所消耗的电能约为0.048kW·h。⑦搅拌主机2个，搅拌站主机的工作方式为每个搅拌站生产周期都有一段时间的可变负载，和一段时间的空载，而且空载的时间在正常生产期间内很短，由于可变负载的规律性不强，暂时先不做研究。
3.2性能优化及改进
①全面优化变频器参数。根据现场电气硬件及机械情况，将提升加速控制参数由20Hz改为35Hz，加速特性完全由变频器的智能控制来完成，最高速提升频率为60Hz，总加速时间为5s；根据现场上减速限位的位置20Hz调整减速频率为30Hz，减速时间为5s，保证上限位信号有效并且第二重上限位不启动，起到上限位的二重保护作用。下降加速控制参数改为下降加速二速频率为50Hz，加速特性完全由变频器的智能控制来完成，最高速下降频率为80Hz，总加速时间为4s；根据现场下减速限位的位置调整减速频率20Hz为35Hz，减速时间为3s，保证下限位信号有效并且二重下限位不启动，起到下限位的二重保护作用。为保证安全，现场调试时分阶段逐步调整参数，根据实际情况不断修正。②升级信号及控制线缆。采用专用屏蔽线替换原各限位信号传输线及PLC与变频器之间信号控制线，重新将各屏蔽线和变频器分别可靠接地，确保控制及信号线路不受干扰。③调节改进上减速限位、下减速限位间距。采用机械位置可调节的安装方式，现场调节。将两信号的采集间隔时间进行调整（大于0.5s），保证上减速限位、下减速限位的可靠有效地传送给PLC。
3变频技术在粉料微小计量中的研究与应用
在当前的搅拌站配置下，当客户需要的物料很少，同时对精度要求特别高的情况下，现有的控制方式无法实现精确计量，满足客户的特殊需求。例如：HZS180K的搅拌站，掺合料螺旋的标准配置是273螺旋，安装角度为22°，螺旋输送量为22kg/s，假设客户需要的掺合料配方量为10kg，若每一盘打3m3，目标值为30kg，加上电机的启动时间，基本上螺旋电机刚转起来，配料值就已经超差了。类似于这类情况，当前的控制方式就无法满足客户的需求了。针对以上情况，对当前粉料计量控制方式进行设计改进。改进后的变频控制电路图见图10。改进后的控制方案为，定义(MI1,MI2)=(1,0)为螺旋精称，对应20HZ输出，(MI1,MI2)=(1,1)为螺旋粗称，对应50HZ工频输出。改进后的螺旋变频控制，在低频工作时，降低螺旋每秒输送量，有效地保证了称量的精准性。得到了客户的认可。
4优化改进后的调试
①空载试验。在完成参数设置和配线之后首先开始空载试验，验证PLC是否可以正常控制变频器。②加载试验。按照从轻到重的原则首先选择3t负载，上升高速60Hz，负载下降高速40Hz，避免发电过快导致过压保护。在陡坡段多次停机再起动，正常。从电流波形上看，在开闸时需要有足够力矩，此时电流会大些，运行中是比较正常的。③满载试验。负载为6t，进行满载试验，从缓坡起动再切换到陡坡段工作正常。为了验证安全性，反复多次在陡坡段停机再起动，均正常工作未出现负载下滑现象。中途上升电流最大为90A，平稳后电流为60A，中途下放电流最大值为85A左右，平稳后电流为45A左右。如果正常带载从底部开始测试，上升最大电流为90A左右，平稳后60A左右，下降空载最大90A左右，平稳后25A左右，电流表现正常。④超载试验。负载6．5t，在陡坡上起动，停机，再起动多次未发现问题。但在多次快速停机再起动即所谓点动时，会偶尔出现负载下滑现象。通过增大速度环参数F813/F814/F816，增大Fd05开闸频率和Fd07开闸电流，以及变频器重新学习电机参数等方法彻底解决下滑问题。修改后，反复多次试验均未出现问题。
结语
综上所述，变频调速技术作为电机节能运行的主流控制技术已经相当成熟，产品的选择范围也非常广泛。下一步将继续研究变频技术在搅拌站、干混砂浆站及其他产品中的应用。
参考文献:
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