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(jì)、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(jì)院在做設(shè)計(jì)時，都毫無例外地選用ABB、西門子、施耐德、AB等進(jìn)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(yùn)行表明Goodrive800變頻器運(yùn)行穩(wěn)定,成功地替代了進(jìn)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(biāo)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(jìn)行分離，分離出的粗液經(jīng)葉濾機(jī)過濾后制得精液，再送至分解車間與晶種混合，逐級進(jìn)入各分解槽進(jìn)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(xì)料進(jìn)種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經(jīng)過濾后進(jìn)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(jìn)行濃縮處理，以除去在流程中進(jìn)入母液中的多余水分，達(dá)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(yùn)送由漿泵、進(jìn)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(dān)。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(biāo)的控制非常嚴(yán)格；同時為保證分解槽攪拌等要求不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)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(yùn)行，要求對運(yùn)送物料的各種泵能夠在DCS的控制下變速運(yùn)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(jìn)料泵、出料泵等的工作介質(zhì)是非常粘稠的礦漿，其負(fù)載特性接近恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(jī)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(jì)，功率密度大，成柜尺寸小

4)  變頻器單元上進(jìn)下出進(jìn)線設(shè)計(jì)，方便并機(jī)組成大系統(tǒng)

5)  變頻器單元移動輪滑式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方便系統(tǒng)維護(hù)

6)  整流逆變功率單元相互兼容，降低后期維護(hù)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(dú)立模塊化設(shè)計(jì)，方便系統(tǒng)成柜，可分布式安裝，強(qiáng)弱電隔離，抗干擾能力強(qiáng)

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(dá)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(shí)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?biāo)的能力，同時數(shù)據(jù)的傳輸時間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用中，通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時選擇性設(shè)定有計(jì)劃I/O分組或互鎖時間，這些要求能得到更進(jìn)一步的保證。

ControlNet具有可選的介質(zhì)冗余和本征安全優(yōu)點(diǎn)，安裝和維護(hù)簡單，網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)居于對等地位，可以從任意節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存??；拓?fù)浣Y(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(xiàng)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?fù)?/strong>

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(diǎn)進(jìn)行控制，系統(tǒng)拓?fù)鋱D（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(dá)200%，無需閉環(huán)運(yùn)行。

2)  考慮到過載因素，在實(shí)際應(yīng)用時電動機(jī)的容量會加大一檔，變頻器的容量也適當(dāng)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(jì)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(yán)重影響電動機(jī)的運(yùn)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(yùn)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(yùn)行中
8	RO1C
9	RO2A	繼電器輸出：變頻器故障
10	RO2C
11	ControlNet卡	實(shí)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(yùn)行指令通道	端子運(yùn)行指令通道
P00.02=1	通訊運(yùn)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(yùn)行方向選擇	禁止反轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)選擇S曲線型
P02.01	異步電機(jī)1額定功率	電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)
P02.02	異步電機(jī)1額定頻率	電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)
P02.03	異步電機(jī)1額定轉(zhuǎn)速	電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)
P02.04	異步電機(jī)1額定電壓	電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)
P02.05	異步電機(jī)1額定電流	電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)
P05.01=1	S1端子功能選擇	正轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)行冷卻風(fēng)機(jī)，后運(yùn)行主電機(jī)（根據(jù)客戶要求設(shè)定）
P06.03=1	繼電器RO1輸出選擇	運(yùn)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(shí)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(yùn)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(yùn)超過一年,英威騰變頻器的高可靠性得到了充分的驗(yàn)證，與進(jìn)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(jìn)口品牌變頻器，而且性價比更高，深得用戶的滿意。 

參考文獻(xiàn)

[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