一、应用现状

    湖北某球团厂年产500万吨球团线，高压辊磨机是球团生产系统中矿料制球前的一道挤压工序。该工序的主要目的是通过矿料挤压增加表面积，从而达到提高矿料制球的效率，保证制球产量达到最大化，提高球团成型率。辊磨机的主要技术参数如下表所示。

    该高压辊磨机主要由：定辊、动辊、液压机构、料仓、喂料机、料柱、卸料皮带等机械设备及电控系统构成。为保持正常生产和良好的成品产出率，系统通过控制喂料速度保持料仓料位在30～80％的高度范围内。通过液压机构调节定辊与动辊间的工作压力，保持料柱高度和良好的成品挤出率。在实际运行中，由于辊磨机运行速度高、出料速度快，喂料斗根本无法建立合理的堆料高度，不能为辊压机的挤出提供有效的堆压，矿料直接通过辊磨。辊压机的挤出压力不能达到设计预期，存在制球率较低、返料率高，制约球团线产量。
 
    为了改善辊压机的运行工况，提高辊压机制球率和成球效果，通过采用变频调速技术改变辊压机的挤出速度，合理控制出料速度，在辊压机顶部的堆料仓内建立料高，保证辊压机顶部形成有效堆压，改善矿料挤出效果、提高矿料制球率。

二、生产工艺分析

    高压辊磨机两台辊柱分别由一台电动机驱动，并配备一套完整的机械驱动和电控系统，其原理示意如下图所示。辊磨机电动机输出轴通过液力耦合器与辊轴的减速齿轮箱连接，减少由于震动和瞬间负载对电动机产生的负荷冲击。

 
    当辊磨机启动时，液压系统处于释放状态；定辊与动辊同时空载启动。在启动至正常状态后，系统开始喂料，液压系统对动辊加载，逐步提高辊磨挤压压力至45～47kPa保持良好的矿料产出成品率。辊磨压力检测系统根据DCS远传来的压力设定值自动调节磨辊间隙，保持辊压稳定。当运行中矿料中的异物通过辊磨间隙产生冲击负荷时，液压系统会通过自动压力平衡系统，调整或平衡辊间压力。但是在液压系统调节瞬间，辊磨扭矩会通过液力耦合器将扭矩冲击传递至电动机输出轴侧，引起电动机电流瞬时波动。当出现卡塞或冲击负荷超过200％Tn时，液压系统会采取紧急卸压措施，减低冲击负荷对设备的破坏作用。同时，机械传递系统，通过液力耦合器的软连接提供最大不超过250％Tn的保护性能。

三、系统方案

    针对上述分析，高压辊磨机定辊和动辊电气拖动系统，需分别配备一台高压变频器和一套工频/变频自动切换系统，用于该系统变频拖动，以及变频故障条件下的原有系统恢复。系统电气原理图如下，其中QF表示高压开关柜、QS表示高压隔离开关、KM表示真空接触器、TF表示高压变频器、M表示电动机，虚框内为新增设备。

 
    当变频运行时，首先操作QF分断，操作合QS1、QS2隔离开关；由DCS发出变频选择指令，变频器系统自动操作合KM1、KM2。变频输出“高压合闸允许信号”至DCS。DCS在液压系统处于释放状态下，发出QF合闸、变频器上电等指令。变频上电具备启动条件后，发“变频待机”信号给DCS。由变频器进行互为运行方式确认，只有当两台辊磨电机均处于变频或工频运行方式时，系统才允许发出辊磨启动指令。DCS发出变频启动指令，辊磨变频运行。

    运行过程中，其中一台辊磨变频运行回路故障跳闸时，变频器发出联锁跳变频器上口高压开关QF信号。同时，变频器自动联跳上下口真空接触器KM1、KM2。系统通过高压开关QF联动实现辊磨机原有保护动作，进行卸压和联停另一侧辊磨变频器。当两台辊磨中任意一台变频回路出现问题，系统都必须将定辊和动辊电动机同时转为工频驱动方式运行。

    工频/变频自动切换旁路柜提供手/自动切换和就地启停控制功能。自动控制时，变频器根据远程DCS来的运行方式选择信号，自动完成工频/变频自动切换、旁路柜KM1、KM2、KM3操作和逻辑闭锁、故障判断等功能处理。

    高压辊磨机适配的高压变频器主要技术指标列表如下。

四、控制系统方案

    高压辊磨机液压系统加载前，定辊与动辊同时启动；两台辊轴之间无机械力矩耦合。两台变频器根据预设加速曲线加速至转速初始值70%n0。变频器根据设定转速值自动调节辊轴转速稳定；动辊转速与定辊转速同步运行。变频器发出“允许加载”指令，DCS侧操作液压系统进行动辊加载。当动辊变频器检测到转矩输出达到输出要求且稳定后，变频器自动由转速闭环控制方式切换为转矩控制闭环。该控制过程由变频器内置的专属“恒转矩同步驱动负载协调控制”策略自动实现，自动平衡定、动辊的输出转矩与转速。保证辊磨机的具有良好的稳态控制精度和动态响应特性。

    经变频改造后，变频控制系统为辊磨机的工况调节提供了一种全新的调节手段。辊磨机不仅可通过调节喂料速度适应球团生产线产量需求，而且可以通过改变辊磨机的运行速度调节设备的出料速度，维持稳定的辊顶堆压，保证辊磨机出料质量、提高后续生产的成球率，降低返料量。

五、应用效果

    高压辊磨机经变频改造后，实际运行数据统计如下表所示。从数据中可以看出：高压变频运行时，辊磨机的工艺参数得到改善，下料量得到控制，在辊磨机顶部建立了有效的堆压。产品质量得到改善后返料量明显下降，辊磨机的电耗也得到明显下降，直接产生约20%的节电效果，经济效益明显。