摘要：本文解析了氧化鋁的生產流程過程及對變頻器的要求，介紹了基于ControlNet冗余通訊網絡的英威騰Goodrive800變頻器在氧化鋁生產線的系統應用，大大降低了氧化鋁企業的生產成本和生產設備的故障率，產生了較大的經濟、社會和環境效益。

關鍵詞：Goodrive800 ControlNet 氧化鋁 冗余通訊 變頻器

1、引言

由于氧化鋁生產對變頻器提出了很高的要求，設計院在做設計時，都毫無例外地選用ABB、西門子、施耐德、AB等進口變頻器。 國內某80萬噸氧化鋁生產線整線傳動首次采用國產英威騰Goodrive800系列變頻器, 網絡采用ControlNet雙網冗余通訊控制方案.現場運行表明Goodrive800變頻器運行穩定,成功地替代了進口品牌變頻器，而且性價比更高。

2、生產流程及對變頻器要求

2.1  氧化鋁生產流程

 從鋁礬土礦石生產出合格的氧化鋁需要經過原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾個大的生產流程，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，再設置一個蒸發工序車間。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熱套管及壓煮器為原礦漿提供高溫、高壓環境，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構成的赤泥進行分離，分離出的粗液經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分級后細料進種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經過濾后進行高溫焙燒，最終制得成品氧化鋁。蒸發車間用于對循環母液進行濃縮處理，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  氧化鋁生產對變頻器的要求

 整個氧化鋁生產過程對物料的運送由漿泵、進料泵、出料泵、母液泵、堿液泵、循環泵等各種不同功能的泵承擔。生產過程中，物料及反應容器的溫度、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設備的連續運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設備和焙燒系統易燃易爆設備的安全運行，要求對運送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運行。氧化鋁生產工序比較復雜，生產環境差，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是非常粘稠的礦漿，其負載特性接近恒轉矩負載特性。由于某種原因使生產短時停頓，粘稠的礦漿會產生沉降，恢復生產再次起動時，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) 氧化鋁生產線占地的面積很大，其電氣控制設備和變頻器均安裝在配電房內，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，現場使用的變頻器的數量多，必須考慮諧波對DCS控制系統和現場控制儀表干擾，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) 氧化鋁生產具有連續性，生產過程中因某臺設備故障引起全線停產，將帶來極大的損失，因此，對變頻器的可靠性要求極高。

3、Goodrive800變頻器技術特性

1)  標配STO（安全轉矩截止）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計，功率密度大，成柜尺寸小

4)  變頻器單元上進下出進線設計，方便并機組成大系統

5)  變頻器單元移動輪滑式結構設計方便系統維護

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計，方便系統成柜，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側諧波≤5%，對電網干擾小

9)  母線電壓可調，在電網電壓波動較大時，能保證輸出電壓穩定

10) 優越的矢量控制性能，啟動轉矩大，閉環矢量啟動轉矩可達200%額定轉矩

4、ControlNet冗余網絡介紹

ControlNet是近年來推出的面向控制層的實時性現場總線網絡，在同一物理層介質鏈路上提供時間關鍵性I／O數據和報文數據，包括程序的上傳／下載，組態數據和端到端的報文傳遞等通訊支持，是具有高度確定性、可重復的高速控制和數據采集網絡，I／O性能和端到端通訊性能都較傳統網絡有較大的提高。

ControlNet允許在同一鏈路上有多個控制器共存，支持輸入數據或端到端的多路發送，這就大大的減少了網絡上的交通量，提高了網絡效率和網絡性能。ControlNet能預見數據何時能夠可靠傳輸到目標的能力，同時數據的傳輸時間不受網絡節點添加/刪除情況或網絡繁忙狀況而保持恒定的能力。在實際應用中，通過網絡組態時選擇性設定有計劃I/O分組或互鎖時間，這些要求能得到更進一步的保證。

ControlNet具有可選的介質冗余和本征安全優點，安裝和維護簡單，網絡上節點居于對等地位，可以從任意節點實現網絡存取；拓撲結構（總線型、樹型、星型等）和介質選擇（同軸電纜、光纖和其它）可以靈活選擇。

5、Goodrive800變頻器現場應用情況

5.1 變頻器選用情況

 國內某生產企業新上年產80萬噸氧化鋁冶煉項目，經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的新一代高性能、采用轉子磁場定向的Goodrive800工程型矢量控制變頻器，對其生產過程的每一道工序提供變頻調速（功率從15kW到800kW），共安裝使用144臺.

5.2 控制層及設備層網絡拓撲

整條生產線電氣部分控制層采用AB公司DCS系統，配置ControlNet雙網冗余通訊網絡，對Goodrive800變頻器為主的設備層節點進行控制，系統拓撲圖（局部）如下：

5.3 變頻器選型配置

1)  針對氧化鋁生產對變頻器的要求，選用的Goodrive800變頻器1Hz時的轉矩可達200%，無需閉環運行。

2)  考慮到過載因素，在實際應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)  考慮到整個生產線使用變頻器較多，在變頻器的輸入側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和數字儀表造成干擾。

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	數字量輸入：正轉運行
4	S2	數字量輸入：命令切換到通訊
5	S3	數字量輸入：外部故障輸入
6	COM	數字信號公共端；
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	實現變頻器與DCS通訊連接	通過T型頭連接至ControlNet冗余網絡

5.4.3  變頻器功能碼設置表

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通訊設定
P00.11	加速時間1	根據現場工藝設定
P00.12	減速時間1	根據現場工藝設定
P00.13=2	運行方向選擇	禁止反轉運行
P00.17	變頻器應用場合	根據具體設備設定輕重過載應用
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	電機銘牌數據
P02.02	異步電機1額定頻率	電機銘牌數據
P02.03	異步電機1額定轉速	電機銘牌數據
P02.04	異步電機1額定電壓	電機銘牌數據
P02.05	異步電機1額定電流	電機銘牌數據
P05.01=1	S1端子功能選擇	正轉運行
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	先運行冷卻風機，后運行主電機（根據客戶要求設定）
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	根據現場實際設定唯一值
P21.02=1	PZD2接收	設定頻率
P21.13=1	PZD2發送	運行頻率
P21.14=5	PZD3發送	輸出電流
P21.15=19	PZD4發送	端子輸入狀態
P21.26=22	ControlNet輸入長度	DCS的配置通訊卡的輸入長度，根據DCS要求設置
P21.27=14	ControlNet輸出長度	DCS的配置通訊卡的輸出長度，根據DCS要求設置

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變頻器功能設置參數，僅供參考。

6 、結論

目前Goodrive800變頻器在氧化鋁生產線已經成功投運超過一年,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品手冊.深圳市英威騰電氣股份有限公司