闭环控制技术在高频电源除尘系统中的应用

马永明

(安阳钢铁股份有限公司，河南安阳 455000)

闭环控制技术在高频电源除尘系统中的应用

马永明

(安阳钢铁股份有限公司，河南安阳 455000)

将电流闭环控制技术应用于电除尘高频电源控制系统中，实现了跟踪电场的动态运行情况，自动调节极限电流给定值，是高频电源节能技术在烧结机电除尘应用中的一个创新和突破。

闭环控制;高频电源;电除尘;极限电流给定值

0 引言

除尘器高频高压电源是国际上先进的电除尘器供电新型电源，与传统的可控硅控制工频电源相比，具有输出纹波小、平均电压电流高、体积小、重量轻、集成一体化结构、转换效率与功率因数高、采用三相平衡供电对电网影响小等特点，性能优异可以较大幅度地提高除尘器的除尘效率。

近年来，安钢配套建设了6000m3级3号铁炼高炉和500m2烧结机工程项目，3号烧结机电除尘器采用福建龙净环保节能控制系统，高频电源首次在3号烧结机电除尘系统中大规模使用。3号烧结机电除尘从2012年5月投产以来，高频电源的使用、维护和维修面临许多难题，如何确保电除尘器大容量高频电源的稳定、可靠运行，将直接影响到烧结机的稳定运行。鉴于原控制系统存在的不能动态地对二次电流极限值进行自动反馈调节，因此有必要在现有设备基础上自行设计开发一套高频电源极限电流闭环控制系统。

1 原电除尘系统运行状况及存在的问题

1．1 原电除尘系统(设备)组成

(1)高频电源控制系统。其主要功能提供纯直流供电、间歇脉冲供电两种控制方式，具有自动和手动两种运行方式;对振打采用高低压一体化控制功能，包括振打控制和断电振打控制，同时还具有反电晕检测控制;提供完善的保护功能设备能承受在额定负载条件下，开机和停机的冲击。

(2)低压控制系统。主要完成除尘器本体低压电气设备的控制任务。

(3)上位机监控系统。采用Vijeo Citect监控软件，通过以太网通讯实现对每台电除尘器高频电源控制系统、本体低压设备控制系统、本体清灰控制系统控制，保证对整个除尘控制系统正常运行。

3号烧结机电除尘器高频电源改造前的极限电流给定值控制系统由上位机监控系统、高频电源两部分组成，在上位机上由操作人员给定电流极限值，通过以太网络实现对高频电源极限电流给定值的开环控制。原控制方案结构示意见图1。

图1 原系统控制方案结构

1．2 原电除尘控制系统运行情况及存在的问题

在烧结矿生产过程中，由于烧结工艺的变化，流过电除尘器的灰尘量、废气温度、压力、湿度等各种因素时刻处于变化中，电流极限值的给定和调节控制是除尘设备日常运行过程中的关键性问题。在烧结生产过程中，由于烧结工艺变化、生产条件的改变，需要及时调节电场的电流极限值，尽可能地降低电能消耗，达到节能的目的。

原系统控制方案运行时，如果电场电流极限值一直不变，可能出现以下情况:一是电流极限值大于动态最大电流极限值，火花率偏大，电场承受的二次电压较低，收尘效果不好，此时可适当降低电流极限值;二是电流极限值等于动态最大电流极限值，火花率接近零，电场承受的二次电压上升，电流极限值不用调整;三是电流极限值小于动态最大电流极限值，电场承受的二次电压继续上升，为了提高收尘效率，可适当提高电流极限值。

3号电除尘器高频电源改造前采用福建龙净环保公司上位机监控系统开环控制方案，电流极限值偏大时，如果二次电压低，则电场收尘效率下降，高频电源电子元件损坏率升高，同时电耗超标。如果电场二次电压偏高则火花率高，电场处于动荡状态，二次扬尘严重，整个电场收尘效率降低。另外，给定电流极限值偏小时，收尘效果变差，烟尘排放不达标，而且严重影响主抽风机的风叶使用寿命。

原控制系统存在通用性强、针对差的问题，特别是在生产过程中由于电场二次电压随生产工况的波动，不能对二次电流极限值进行自动反馈调节，需要岗位工实时监控二次电压和二次电流的变化，人工调节二次电流极限值给定，直接影响了系统的除尘效果，同时增加能耗。

2 改造设计方案

2．1 功能设计及实现

通过对上位机监控系统Vijeo Citect监控软件编程和PLC控制系统M340PLC用户程序的二次开发，设计研制了一套3号电除尘器高频电源极限电流闭环控制系统(见图2)。

图2 系统控制设计方案结构

上位机监控系统利用现有的Vijeo Citect监控软件，实现电除尘器专家管理系统和操作人员之间人机交流，完成参数设定;实现高频电源设定参数、运行数据和PLC控制程序之间数据交换;实现PLC和高频电源通讯数据增加，解决上位机监控系统和高频电源通讯网络堵塞问题。

PLC控制系统利用除尘器本体低压电气设备现有M340PLC控制系统，完成高频电源设定参数、运行数据;根据高频电源设定参数、运行数据和人机交流参数，实现电除尘器专家管理系统，实现对电场电流极限值进行实时自动闭环控制调节功能。

2．2 改造效果及分析

新系统控制方案运行后，根据电场内部工况以及二次电压的变化，二次电流值始终接近电流极限设定值，电流极限值通过增加或减少跟踪电场动态变化，让电场运行在少火花状态，在保证电场的收尘效果前提下达到最佳节能状态。

改造后实现了预期的目标，电场电流极限值给定值根据电场火花率、二次电压、二次电流检测值，按照控制方案，在给定的电流极限范围内，定时跟踪动态电场的运行情况，自动调节输出电场电流极限值给定值，有火花率时，运行在少火化率状态，无火花率时，运行在给定的二次电压值范围内，电场的除尘效率升高。实现一键操作，确保了高频电源和风机同步运行，降低高频电源的维修量。

3 结语

该电除尘器高频电源极限电流闭环控制系统的成功开发设计和改造，从减少项目投资效益、节约人力成本、提高设备作业率、节约备件费等，经济效益显著。较改造之前设计合理，现已运行一年多，实际运行效果良好，是高频高压电源技术在烧结机电除尘应用中的突破。

［1］张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计［M］．北京:电子工业出版社，2004．

［2］王兆安，黄俊．电力电子技术［M］．北京:机械工业出版社，2004．

［3］高甲午，逯岩辉，王颖洁，等．一种新型除尘电源及其节电机理分析［J］．电力环境保护，2009，25(6):53－54．

Application of closed－loop control technology in high frequency power dust removal system

The current closed－loop control technology is used in high－frequency power ESP control system to achieve the dynamic operation of the electric field tracking，automatic adjustment of the current limit setpoint．It is a energy－saving technology innovations and breakthroughs in sintering electrical dust removal system．

closed－loop control;high frequency power supply;ESP;limiting current setpoint

X701．2

B

1674－8069(2015)03－044－02

2014-12-16;

2015-03-02

马永明(1971-)，男，河南武陟人，高级工程师，主要从事电气自动化控制工作。E－mail:13598115628@139．com