2000年聘请国内某专业厂家为其中一台排送机的出口阀制作了大速比的电动头。投入试用后发现,虽然经过了很大努力,传动机构与日本原厂生产的出口阀的阀杆啮合得还是不理想,正、逆程间转换时动作空隙过大,虽然在连续开阀或关阀动作时很勉强地达到了操作精度要求,但在作开阀、关阀转换时动作会变得不确实。另一个问题是当生产上发生停电等故障,需要现场手摇快速关闭出口阀时,时间将会变得很长,阻止煤气倒流的操作将会变得更加困难。
设想解决方案问题的主要原因是由于阀门转速太快以及惯性造成开度变化较大,因此就设想对电动阀加装变频器进行减速试验。因为电动机转速和电源频率成正比,频率降低,转速也下降,阀门动作也越慢,开度控制也就越精确。由于变频调速在基频以下为恒转矩调速,所以开关阀门的力矩是能够满足的。实际应用中,是利用变频器的起动特性来控制阀门的开度。变频器频率从0Hz上升到基频的升速时间(可进行调节)。由于DCS发出控制阀门开关的脉冲宽度相比t要小得多(0 ̄2s),故每次操作时,变频器及电动阀都是工作在0~t范围内,速度较慢,可以较好地控制阀门开度。
由于阀门的开度正比于频率变化曲线与横轴所围面积(积分关系),在范围内,变化率逐渐增大,因此就可通过不断调整变频器升速时间t和DCS脉冲宽度来取得最佳的阀门控制效果。
为了同时兼顾阀门开度精确控制和紧急状况下需快速相应的要求,在DCS中对阀门的开关控制脉冲作了两种组态(两组操作按钮)。一组为慢开、慢关操作,脉冲宽度较窄,即为上述的阀门开度精确调整,用于日常煤气压力调整操作,组态方式就通过调整CIO输出脉冲的宽度值和PLB定时器的延时时间值来设置脉冲宽度。另一组为快开、快关,脉冲宽度相对较宽,用于紧急状况下的快速开关阀门。其脉冲组态不经PLB延时,直接从CIO输出。
试验过程及数据由于排送机出口阀是用于煤气压力调节,对阀门的动作特性要求非常高,要求的控制精度非常苛刻:(1)阀门的开度变化既不能太大,也不能太小,要求控制在0.25% ̄0.3%的范围内,以保证阀门单次动作能产生最好的压力调节效果。
(2)开阀、关阀的开度变化量要一致。
(3)要有慢开、慢关和快开、快关调节。以满足日常调整控制和紧急状况下迅速切断阀门的要求。
试验了在相同的脉冲宽度下,不同的变频器升速时间下的阀门动作特性。试验了在相同的变频器升速时间t下,不同的脉冲宽度下的阀门动作特性。根据所获得的数据,经过反复研究和讨论,确定了整个调试的方案和过程。
(1)首先为保证控制响应速度,确定阀门慢开的脉冲宽度为0.5s,然后逐步调整变频器升速时间ts,即起动斜率,直至阀门慢开的开度变化满足要求:开度从0%升到15%,每个脉冲产生的阀门开度变化都在要求范围内。最终获得的变频器t(2)慢开脉冲宽度和变频器起动斜率确定后,进行慢关脉冲宽度调试。由于阀门有自重,相同的DCS脉冲宽度下关阀的开度就要比开阀大,因此控制关阀的脉冲宽度必须小于开阀脉冲。在实际试验中发现,这个时间很难调整,稍微改变一点点,开关阀门的开度就会不一致,用DCS中一般的脉冲宽度设置已无法满足要求。因此就巧妙地利用I/A系统中的PLB模块来进行脉冲宽度的调整。由于PLB模块可以将时间的最小单位精确到0.05s(原先为0.5s),因此就极大地方便了关阀脉冲宽度的调整,大大提高了控制精度。最终慢关脉冲的宽度调整为0.45s.
(3)快开、快关是应用于排送机起动、停止和紧急状况下,对阀门动作的快速性要求较高。因此将脉冲宽度都设置为1s,实际试验中每次动作阀门开度变化都大于1%。
经过离线调试,确定了变频器和DCS的各项参数后,进行了阀门变频器控制的在线测试及连续运行试验。实际运行中,每次开关阀门操作引起的煤气压力变化都为0.3kPa,完全能够满足工艺煤气压力调节的需求。在线测试满足工艺要求后,就关闭了煤气旁通阀,完全用排送机出口阀进行控制,测得三台排送机的电流和功率都有较明显的下降。下表为煤气旁通阀关闭前后的数据对比。
经在线连续运行试验观察,变频器和电动阀状态都很良好,没有异音、振动等异常情况。而且由于变频器是软起动特性,通过逐渐增加电压、频率来达到全速运转,起动电流很小,大大减小了对电动头的冲击,更好地保证了电动阀能够频繁点动操作,有利于延长设备的寿命和保持设备的性能。工艺操作也非常可靠自如,每次点动,阀门响应都很正常、快速,基本上只要点动一次就能起到较满意的调节效果,完全可以长时间正常投入使用。
改造效果及经济效益电动阀应用变频器进行控制,不但开度控制精度大大提高,而且具有非常好的调节灵活性,可根据需要随时进行调整,以满足更高的调节要求。同时,无论从产生的效果还是实施的投入量以及今后的运行成本等多方面比较,应用变频器进行排送机出口阀门的开度控制都是最好的解决方案。