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)絡的英威騰Goodrive800變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線的系統(tǒng)應用，大大降低了氧化鋁企業(yè)的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)設備的故障率，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟、社會和環(huán)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(chǎn)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(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)絡采用ControlNet雙網(wǎng)冗余通訊控制方案.現(xiàn)場運行表明Goodrive800變頻器運行穩(wěn)定,成功地替代了進口品牌變頻器，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(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)構成的赤泥進行分離，分離出的粗液經(jīng)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(jīng)分級后細料進種子過濾制備晶種，粗料送焙燒車間經(jīng)過濾后進行高溫焙燒，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(chǎn)對變頻器的要求

 整個氧化鋁生產(chǎn)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(huán)泵等各種不同功能的泵承擔。生產(chǎn)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(xù)運行，以及隔膜泵、壓煮器等高溫、高壓、高堿設備和焙燒系統(tǒng)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(chǎn)工序比較復雜，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、進料泵、出料泵等的工作介質(zhì)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(chǎn)短時停頓，粘稠的礦漿會產(chǎn)生沉降，恢復生產(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，其電氣控制設備和變頻器均安裝在配電房內(nèi)，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(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，低于國家標準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(tǒng)

5)  變頻器單元移動輪滑式結構設計方便系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)側諧波≤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，啟動轉矩大，閉環(huán)矢量啟動轉矩可達200%額定轉矩

4、ControlNet冗余網(wǎng)絡介紹

ControlNet是近年來推出的面向控制層的實時性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，在同一物理層介質(zhì)鏈路上提供時間關鍵性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、可重復的高速控制和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，I／O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)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(shù)據(jù)或端到端的多路發(fā)送，這就大大的減少了網(wǎng)絡上的交通量，提高了網(wǎng)絡效率和網(wǎng)絡性能。ControlNet能預見數(shù)據(jù)何時能夠可靠傳輸?shù)侥繕说哪芰?，同時數(shù)據(jù)的傳輸時間不受網(wǎng)絡節(jié)點添加/刪除情況或網(wǎng)絡繁忙狀況而保持恒定的能力。在實際應用中，通過網(wǎng)絡組態(tài)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(zhì)冗余和本征安全優(yōu)點，安裝和維護簡單，網(wǎng)絡上節(jié)點居于對等地位，可以從任意節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡存取；拓撲結構（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 控制層及設備層網(wǎng)絡拓撲

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，對Goodrive800變頻器為主的設備層節(jié)點進行控制，系統(tǒng)拓撲圖（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時的轉矩可達200%，無需閉環(huán)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(chǎn)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(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(shù)字量輸入：正轉運行
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：運行中
8	RO1C
9	RO2A	繼電器輸出：變頻器故障
10	RO2C
11	ControlNet卡	實現(xiàn)變頻器與DCS通訊連接	通過T型頭連接至ControlNet冗余網(wǎng)絡

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(jù)現(xiàn)場工藝設定
P00.12	減速時間1	根據(jù)現(xiàn)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(jù)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(shù)據(jù)
P02.02	異步電機1額定頻率	電機銘牌數(shù)據(jù)
P02.03	異步電機1額定轉速	電機銘牌數(shù)據(jù)
P02.04	異步電機1額定電壓	電機銘牌數(shù)據(jù)
P02.05	異步電機1額定電流	電機銘牌數(shù)據(jù)
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(jù)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(jù)現(xiàn)場實際設定唯一值
P21.02=1	PZD2接收	設定頻率
P21.13=1	PZD2發(fā)送	運行頻率
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(shù)，僅供參考。

6 、結論

目前Goodrive800變頻器在氧化鋁生產(chǎn)線已經(jīng)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(yè)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(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