摘要：本文解析了氧化鋁的生產(chǎn)流程過(guò)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(xiàn)的系統應用，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(huì )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，設計院在做設計時(shí)，都毫無(wú)例外地選用ABB、西門(mén)子、施耐德、AB等進(jìn)口變頻器。 國內某80萬(wàn)噸氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)整線(xiàn)傳動(dòng)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.現場(chǎng)運行表明Goodrive800變頻器運行穩定,成功地替代了進(jìn)口品牌變頻器，而且性?xún)r(jià)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(guò)原料、溶出、沉降、分解、焙燒等幾個(gè)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(chē)間，為充分利用母液，再設置一個(gè)蒸發(fā)工序車(chē)間。原料車(chē)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(chē)間通過(guò)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(shí)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(chē)間通過(guò)沉降和多次反向洗滌，將料漿中的粗液及附著(zhù)堿與各種雜質(zhì)構成的赤泥進(jìn)行分離，分離出的粗液經(jīng)葉濾機過(guò)濾后制得精液，再送至分解車(chē)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)分級后細料進(jìn)種子過(guò)濾制備晶種，粗料送焙燒車(chē)間經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)行高溫焙燒，最終制得成品氧化鋁。蒸發(fā)車(chē)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(gè)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程對物料的運送由漿泵、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。生產(chǎn)過(guò)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(shí)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(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(jìn)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(shí)停頓，粘稠的礦漿會(huì )產(chǎn)生沉降，恢復生產(chǎn)再次起動(dòng)時(shí)，這些泵的起動(dòng)力矩非常大，因此要求變頻器有足夠大的起動(dòng)力矩和較高的過(guò)載能力。

2) 氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)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?jì)?，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(chǎng)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(chǎng)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)具有連續性，生產(chǎn)過(guò)程中因某臺設備故障引起全線(xiàn)停產(chǎn)，將帶來(lái)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) 標配STO（安全轉矩截止）以及SS1（安全停車(chē)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(xiàn)

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(jìn)下出進(jìn)線(xiàn)設計，方便并機組成大系統

5) 變頻器單元移動(dòng)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(guò)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(shí)網(wǎng)側諧波≤5%，對電網(wǎng)干擾小

9) 母線(xiàn)電壓可調，在電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大時(shí)，能保證輸出電壓穩定

10) 優(yōu)越的矢量控制性能，啟動(dòng)轉矩大，閉環(huán)矢量啟動(dòng)轉矩可達200%額定轉矩

4 ControlNet冗余網(wǎng)絡(luò )介紹

ControlNet是近年來(lái)推出的面向控制層的實(shí)時(shí)性現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在同一物理層介質(zhì)鏈路上提供時(shí)間關(guān)鍵性I／O數據和報文數據，包括程序的上傳／下載，組態(tài)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(wǎng)絡(luò )，I／O性能和端到端通訊性能都較傳統網(wǎng)絡(luò )有較大的提高。

ControlNet允許在同一鏈路上有多個(gè)控制器共存，支持輸入數據或端到端的多路發(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能預見(jiàn)數據何時(shí)能夠可靠傳輸到目標的能力，同時(shí)數據的傳輸時(shí)間不受網(wǎng)絡(luò )節點(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)際應用中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )組態(tài)時(shí)選擇性設定有計劃I/O分組或互鎖時(shí)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)，安裝和維護簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)居于對等地位，可以從任意節點(diǎn)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )存??；拓撲結構（總線(xiàn)型、樹(shù)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變頻器現場(chǎng)應用情況

5.1 變頻器選用情況

國內某生產(chǎn)企業(yè)新上年產(chǎn)80萬(wàn)噸氧化鋁冶煉項目，經(jīng)過(guò)甄選最終選用深圳市英威騰電氣股份有限公司自主開(kāi)發(fā)的新一代高性能、采用轉子磁場(chǎng)定向的Goodrive800工程型矢量控制變頻器，對其生產(chǎn)過(guò)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(wǎng)絡(luò )拓撲

整條生產(chǎn)線(xiàn)電氣部分控制層采用AB公司DCS系統，配置ControlNet雙網(wǎng)冗余通訊網(wǎng)絡(luò )，對Goodrive800變頻器為主的設備層節點(diǎn)進(jìn)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(chǎn)對變頻器的要求，選用的Goodrive800變頻器1Hz時(shí)的轉矩可達200%，無(wú)需閉環(huán)運行。

2) 考慮到過(guò)載因素，在實(shí)際應用時(shí)電動(dòng)機的容量會(huì )加大一檔，變頻器的容量也適當增大。

3) 考慮到整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)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(huì )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(cháng)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(huì )引起震蕩或形成駐波，這將嚴重影響電動(dòng)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

5.4.3 變頻器功能碼設置表

每個(gè)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(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)成功投運超過(guò)一年,英威騰變頻器的高可靠性得到了充分的驗證，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?xún)r(jià)比更高，深得用戶(hù)的滿(mǎn)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(dòng)變頻器產(chǎn)品手冊.深圳市英威騰電氣股份有限公司