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涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，可用下式表示：
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f＝Stv／d

式中:f为旋涡的释放频率，Hz；v为流过旋涡发生体的流体平均速度，m/s；d为旋涡发生体特征宽度，m；St为斯特罗哈数，无量纲，它的数值范围为0.14－0.27。St是雷诺数的函数，St=fl/Re。
当雷诺数Re在102~105范围内，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102~105，旋涡频率f＝0.2v/d。
由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。
当旋涡在发生体两侧产生时，利用压电传感器测出与流体流向垂直的交变升力变化，将升力的变化转换为电的频率信号，再将频率信号进行放大和整形，输出到二次仪表，进行累积、显示。
二、涡街流量计的应用

1、涡用流量计的选择

1涡街流量变送器的选择

我公司在饱和蒸汽测量中采用合肥仪表总厂生产的VA型压电式涡街流量变送器，由于涡街流量计量程范围宽，因此，在实际应用中，一般主要考虑测量饱和蒸汽的流量不得低于涡街流量计的下限，也就是说必须满足流体流速不得低于5m/s。根据用汽量的大小选用不同口径的涡街流量变送器，而不能以现有的工艺管道口径来选择变送器口径。

2压力补偿压力变送器的选择

由于饱和蒸汽管路长，压力波动较大，必须采用压力补偿，考虑到压力、温度及密度的对应关系，测量中只采用压力补偿即可，由于我公司管道饱和蒸汽压力在0.3－0.7MPa范围，压力变送器的量程选择1MPa即可。

3显示仪表选择

显示仪表智能流量显示仪，具有温压补偿、瞬时流量显示和累积流量积算功能。

2、涡街流量计的多数设定

1仪表系统的设定，合肥K7M-DR30UE仪表总厂需设定的仪表
系数K可用下式表示：
K= 1000/K0K7M-DR30UE
式中：K0为涡街发生体在出厂时标定的仪表常数，L/脉冲；k的单位为脉冲数/m3。
2压力补偿压力变送器的量程设定。
3压力、流量报警上限设定。
3、涡街流量计的安装

1涡街流量计尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，振动存在的地方必须采用减振装置，减少管道受振动的影响。
2直管段的配置，前后直管段要满足涡街流量计的要求，所配管道内径也必须和涡街流量变送器内径一致。
4、涡街流量计使用注意事项

尽量减少管道内汽锤对涡街发生体的冲击。振动较大而又无法消除时，不宜采用涡街流量计。

三、

涡街流量计在我公司投入使用后，克服了原孔板流量计诸多不足，对饱和蒸汽的测量更准确、更稳定，维护又方便，但值得注意的是测量饱和蒸汽流体流速不得低于5m/S，否则，流量计量值会偏低。
变频器在造纸厂的节能改造
采用变频器能提高纸机的运转性能，进一步提高了经济效益。
造纸机附属设备的变频器应用分析
造纸机的辅助设施包括以下几个系统：供浆系统、白水系统、真空系统、压缩空气系统、化学品制备及传送系统、供水系统、蒸汽系统等。为了使造纸机能够连续均衡地运转，它的辅助设施能力，一般应超过造纸机的大生产能力的15～30。
该处应用尚未引起足够重视，这也是提高变频器份额的有效手段和方法。
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1、供浆系统的变频器应用
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供浆系统必须满足下列几个条件：
(1) 向造纸机输送的浆料要稳定，误差不能超过±5；
(2) 浆料的配比和浓度要稳定均匀；
(3) 贮备一定的浆料量，使供浆能力可以调节，以适应造纸机车速和品种的改变；
(4) 对浆料进行净化精选；
(5) 处理造纸机各部分损纸。
通常情况下，供浆系统由供浆管路的浆泵、冲浆泵和净化设施的压力筛、除渣器组成，要达成以上五点目的，主要就是要对浆泵和冲浆泵从全速运行改造为速度可调节的变频运行，终满足供浆自动化。
以冲浆泵为例来说明变频器的速度控制流程：该变频控制宜采用双闭环系统的速度控制方式，外环是速度闭环，内环是电流或转矩闭环。冲浆泵速度的设定值一方面是由浆速和网速比变化而获得，另一方面是来自于流浆箱的压力控制器。前者是主调，后者是微调。纸机的浆速和网速比基本上是恒定的，因此纸机的网速一旦变化，冲浆泵的转速也跟随变化；为了提高速度调节器的精确性和反映流浆箱的实际工艺过程，通常还需取流浆箱的压力PID控制输出值的±５％的变化来作为冲浆泵附加的速度设定值。速度的实际值取自传动电机的实际速度采样，可通过旋转测速电机或光电旋转编码器等检测装置获取。电流的设定值取自速度环的输出信号，电流的实际值取自各个传动点的交流变频器输出端电流互感器的测量值。因此对于冲浆泵的变频调速而言，需要对其进行PID控制，需正确选择速度反馈方式和PID的各类参数。了解这一点，对选择变频器的型号非常重要。

2、压缩空气系统的变频器应用

压缩空气常用于造纸机网部与压榨部的气动加压升降装置、网毯的校正装置、气垫式流浆箱、引纸设备、涂布气刀以及各种气动仪表和调节装置等处。
压缩空气系统中，主要设备有空气压缩机、储气罐、减压阀、空气过滤器、汽水分离器及安全阀等，造纸机上通常压力需要为5～6BAR左右。在大多数纸厂中，都通过2台以上的空压机并列运行，然后通过储气罐来保持压力恒定。
由于压缩机功率较大且控制压力一般都通过加载或卸载来调节，电动机始终处于全速运行状态。实践表明该控制方式耗能巨大，浪费严重。所以目前都已趋向于采用由一台变频器控制、多台直接工频运行的方式来控制压缩机组，并组成压力闭环系统系统。

3、化学品制备及传送系统的变频器应用
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由于在脱墨、制浆、涂布、施胶等部位要用到大量的化学品，其使用的量与纸机多传动的速度成正比，所以在化学品的传送系统(如泵)必须采用无级交流调速系统，其选为变频器。主要是基于该化学品泵的功率较小，一般都在0.4kW～5.5kW之间，而这一功率段的变频器的性能价格比已经属于优，多年前还在广泛使用的电磁调速和无级调速齿轮泵都已经面临淘汰。根据新市场统计，中等品牌的低功率变频器已经跌至千元/kW以下。
在化学品制备中要用到大量的研磨设备，如球磨、胶体磨、砂磨、高切变分散搅拌器等，他们大的特点就是高功率、高耗能、使用环境恶劣。目前已经有厂家在研磨设备上采用变频器取得了良好的效果。
以砂磨机为例，其工作原理是将待研磨的涂料经送料泵输入筒体后，在高速旋转的分散盘带动下，遭到研磨介质的强烈撞击、研磨而被分散混合到溶剂中，制成合格的涂料，然后经顶筛过滤流出。该设备的主电机为200kW，在未使用变频器之前，通常是在启动前期，采用点动方式多次(3次以上)重复以使涂料与研磨介质混合均匀；针对不同的涂料，有时需要不同的工艺转速，但实际上只能满速运行；无法掌握进料量，来*保*主电机不过载；耗能非常严重。而使用200kW变频器就很好地解决了以上问题，可以方便地设置点动速度和慢速运行时间，确保涂料与介质混合达到均匀；可以在线无级调速，不同品种使用不同的研磨速度;进料量只要从电机的实际运行电流就可以来控制进料量，且有过载预报警功能和免跳闸功能；节能率，一般可达20以上；降低了齿轮箱的损耗，避免了工频启动对齿轮箱的冲击；由于启动时，电流平缓，避免了对电网的冲击，提高了电网的安全运行。目前在山东、黑龙江、海南等地的造纸企业已经有了小批量应用。

4、烘干部通风系统的变频器应用

在烘干部，纸页中蒸发出来的所有水汽被空气吸收后，必须通过强制通风不断地从造纸车间排除。烘干部通风良好与否，直接影响到纸页中水分的蒸发速度和整个烘干过程的经济性;通风良好，可降低空气中的蒸汽饱和度，从而减低烘缸蒸汽的消耗量，提高烘干速度。
排除烘干部蒸发水量所必需的空气量，与进入以及排出的空气温度和湿度有关，也与采用的通风系统、气候条件和季节有关。通常，在现代纸机中采用强制的空气循环以求高效，用进气鼓风机将加热到80度左右的干燥空气送进烘干部下层，使在烘缸之间吸附热汽形成向上的气流，然后通过排气抽风机将汇集在气罩中的湿热空气抽出室外(后回收余热)。在高速纸机中，由于烘缸数量的增多，通常都分成几段的鼓风机和排风机组。采用变频器之后，可以根据通风空气量的专家计算公式，随时调节进气量(鼓风机的转速)和排气量(排风机的转速)，而无须采用传统的风门控制，进一步降低能耗，降低风机的噪音，提高机械寿命。

5、水系统的变频器应用

纸机是个耗水大户，包括白水系统、污水系统、密封水系统、喷淋系统、清水系统等，通常情况下都需要用到管网恒压力供水，但传统的控压都是通过旁路和调节阀来进行，很少用到变频器。但是由于中国国内水资源的普遍缺乏，而变频器的应用将可以节水10和节能30，必然会降低纸厂的日常运行成本。
变频器使用在水系统上通常有二种模式：即变频固定方式、变频循环方式。

(1) 变频固定方式
变频器变频输出固定控制一台泵而其余各泵由工频电网直接供电，它们的启停信号由PLC进行逻辑控制；
(2) 变频循环方式
变频器按照一定顺序轮流驱动各泵运行。变频器能根据压力闭环控制要求自动确定运行泵台数(在设定范围内)，同一时刻只有一台泵由变频驱动。当变频器驱动的泵运行到设定的上限频率而需要增加泵时，变频器将该泵切换到工频运行，同时驱动另一台泵变频运行。
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引 言
在生产织网和线材时，为了确保产品质量的均匀性，许多材料加工机都应用了张力控制器以确保恒定的牵引力。其中张力的测量一般是由张力调节臂或测力传感器上的一个滚轴来完成的。如果有足够的空间，通常是使用张力调节臂；如果空间有限，则使用测力传感器。张力调节臂的优点是可以提供更为灵活的控制，特别是在加速或减速这样的瞬变状态中。张力则由一个卷绕机或滚轴提供。 
织网和线材的加工一般应用于金属、纸张、纺织品、塑料、印刷和冶炼工业中。ABB公司针对已开发成熟的各种控制解决方案，将其变频器产品用于特定的传动场合。这些专门针对各种应用场合的产品优点是提高生产效率、无需外部的PLC、使用简便、降低成本、灵活适用。

ABB公司的变频器可以用于中心轴驱动卷取机或开卷机中。其中心轴卷取／开卷软件是一种非常经济实用的实现精确带材张力控制的软件。所有标准工厂宏被从ACS800处理器存储器中清除了，因此处理器可以完全用于工艺控制，性能得到优化。

特性及优点
ABB变频器中心轴卷取机／开卷机应用宏有卷取张力宏、卷取调节辊宏、开卷张力宏、开卷调节辊宏。

2 调节辊控制
如1，调节辊用于调节带材张力。一个可移动的惰轮位于两个固定惰轮之间。当可移动的惰轮远离固定惰轮时，在惰轮之间就积存了更长的带材。当机械力被用于使可动惰轮拉紧或放松，在带材建立了张力。可移动的惰轮被称为“调节辊”。一般用一个电位计来测量调节辊的位置。调节辊的一个优点是能够存储带材，它的作用就好比是一个蓄力器。

3 张力控制
如2，张力传感器用于测量在带材上的实际张力负荷。张力传感器反馈没有带材存储功能，但是它提高了张力控制精度，缩短了响应时间，传动速度或者转矩由张力调节器调整。张力控制包括速度调整模式和转矩调整模式。转矩调整模式又可分为开环转矩调整模式和闭环转矩调整模式。转矩调整模式可以使系统运行较稳定。
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4 典型应用
浆纱机是纺织厂织布的前一道工序，它的好坏直接影响布机的工作效率，影响织布的质量。传统的卷绕控制方法是由主传动电机通过无级变速器来控制织轴的卷绕。缺点是卷绕张力波动大，无级变速器链条极易伸长，经常要调整更换，造成使用成本偏高。而采用双变频器控制的优点是可以无级调速，只需简单设定张力，便可执行张力自动跟踪。用张力传感器做成闭环控制，控制精度更高。

5 电气控制原理
如，来自PLC的速度信号给主传动变频器VF1的AI1端子，主传动变频器VF1输出端子AOI速度信号给卷绕变频器VF2的AI1，张力给定信号由PLC送给卷绕变频器VF2的AI2端子，张力反馈信号由张力传感器送给卷绕变频器VF2的AI3端子。在VF2卷绕变频器中选择卷取张力宏闭环速度模式即可。

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6 总结
将ABB变频器中心轴卷取，开卷软件应用在恒张力卷取控制上，由于将张力控制器放在变频器内部，减少了PLC的编程，缩短了PLC的循环周期，使得控制更为紧凑。而且由于张力传感器信号直接送到变频器的控制端口上，加快了变频器对张力变化的响应，使得张力控制更为精确，即使不使用张力传感器反馈，也能获得较高的控制精度。

摘 要 ：文章主要介绍转炉炼钢变频控制系统的设计与应用，叙述了转炉倾动、氧*升降变频控制系统的原理和设计，投运后，系统稳定、可靠、效果良好。 
1　

　　福建省三钢集团有限责任公司以下简称三钢公司炼钢厂的转炉炼钢工艺较复杂，检测参数多，设备动作频繁。工艺参数检测的准确与否，自动控制水平的高低，直接关系到钢水质量与产量的高低。为此，必须有一套检测准确及时，自动控制水平较高的控制系统，才能稳定生产，满足企业生存与发展的需求。

2　转炉倾动的负载特点

　　炼钢就是把从高炉出来的铁水和废钢装入炼钢炉内，通过氧化脱碳及造渣过程，降低有害元素，除去炉气及炉渣，冶炼出符合要求的钢水来。
　　目前炼钢的方法主要有三种，即平炉炼钢法、转炉炼钢法、电炉炼钢法。大部分采用氧气顶吹转炉炼钢。其优越性是有利于实现生产过程的自动化。
2.1　氧气顶吹转炉炼钢的主要设备有
1原料供应设备：包括铁水废钢、散状材料及铁合金等的供应；
2转炉主体设备：它由炉体、炉体支承装置和炉体倾动的电力拖动控制系统等组成；
3吹氧装置：氧气转炉炼钢时，用氧量大，要求供氧及时，氧压稳定，安全可靠，因此必须有一套完善的设备来*保*向转炉供氧；
4烟气净化处理设备；
5炉渣处理设备，炉外精炼设备，铸锭设备。
　　根据工艺要求，转炉倾动角度为正负360°。转炉的炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重，按正力矩设计。因此，当转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，依靠炉体本身的正力矩来确保炉口向上，不发生倒钢事故。
　　在转炉正常工作时，如果需要倾倒钢水，就由电动机输出正力矩，带动转炉缓慢倾动。倒完钢水后，需要缓慢的把炉体回归正位，这时，就需要把转炉的势能回馈系统，电动机工作在回馈状态。
2.2　转炉对传动系统的要求
　　由于转炉的工艺和传动技术特点，因此转炉对传动系统有很高的要求：
1机械倾动转炉能连续回转360°，并且能准确停止在任意位置上，还应根据工艺要求具有调速性能。其倾动位置能与氧*、盛钢桶车及烟罩等相关设备有一定的连锁要求；
2在运转过程中，必须有大的安全可靠性，在电气或机械中某一部分发生故障时，倾动机械应有能力继续进行短时间运转、维持到炼钢一炉，即使倾动机械发生无法控制事故时，炉子也不会自动倾翻发生“倒钢”事故；
3倾动机械应有良好的柔性性能，以缓冲冲击负荷和由启动、制动产生的扭振。
转炉炼钢的另外一个关键设备是氧*。1是氧*的系统示意。

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1　氧*系统示意
　　氧*是典型的位能式负载，只要抱闸装置一打开，氧*电机就马上有100的负载，氧*提升时，电动机的电磁转矩克服负载转矩。电动机工作在电动状态。氧*下降时，负载力矩拉着电机转。电动机工作在回馈制动状态。同倾动控制系统类似，氧*传动控制系统也必须与抱闸装置协调工作，防止“溜车”现象，而且也有足够的启动力矩和过载能力。并且速度可调节。
转炉一般配有两套氧*，一套工作，另一套备用或检修。

3　变频器在三钢公司炼钢厂转炉控制系统的配置

　　根据转炉的倾动和氧*控制系统的特点，选用了ABB公司的ACS800系列DTC变频器。 
3.ABB ACS800系列变频器的技术特点
　　ABB ACS800系列变频器的技术特点如下，它特别适用于此处转炉控制：
　　ABB ACS800系列变频器将DTC技术和模糊控制理论合二为一，构成高性能、低成本的变频器调速产品，并且性能大大优于矢量控制变频器。
　　在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态以40,000次/s更新。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味者其传动系统可以产生佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。在DTC中不需要对电压、频率分别控制的PWM调制器。因此没有固定的斩波频率，在实际运行中，不会产生其它变频器驱动电机时所发出的那种高频噪声，同时也降低了变频器本身的功耗。
　　标准内置的交流电抗器明显地降低了进线电源的高次谐波含量，大大降低了变频器的电磁辐射，同时保护整流二极管和滤波电容器免受电压、电流的冲击。
　　零速满转矩：由ACS800带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。
　　DTC提供的精确的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的大起动转矩。大起动转矩能达到200的电机额定转矩。 
　　自动起动：ACS800的自动起动特性超过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能。因为ACS800能在几毫秒内测出电机的状态，任何的条件下都可在0.48s内迅速起动。而矢量控制变频器则需大于是2.2s。
　　在磁通优化模式下，电机磁通被自动地适应于负载以提高效率，同时降低电机的噪音。这得益于磁通优化，基于不同的负载，变频器和电机的总效率可提高1-10。
　　精确的速度控制：ACS800的动态转速误差在开环应用时为0.3s，在闭环应用时为0.1s。而矢量控制变频器在开环时大于0.8s，闭环时为0.3s。ACS800变频器的静态精度为0.01。
精确转矩控制：动态转矩阶跃响应时间，在开环应用时能达到1-5ms，而矢量控制变频器在闭环时需10-20ms，开环时为100-200ms。
　　三钢公司炼钢厂的转炉容量为100t，转炉的倾动电机为4台90kW的变频电机，氧*电机为2台75kW的变频电机；上位控制系统采用GE的90-70系列PLC。


2　跟随主机的转矩响应的主/从控制示意

3.2　倾动和氧*的控制情况
1倾动控制
　　通常，转炉的倾动由3-4台电机完成，所以为了系统更可靠更稳定的工作，这几台电机就必须要进行负荷平衡，也就是所有的电机出力是一样的。
　　由于这4台电机是刚性连接，所以要求所有电机的速度要绝对同步，因此4台电机的传动采用主/从控制，4台变频器之间用光纤进行连接。所以，在系统配置中，将一台变频器作为主机，由它进行速度调节，输出转矩给定，其它变频器作为从机，跟随主机的转矩响应，如2所示。同常规的控制方式相比，这种使用将系统的性能提高到了一个新高度。彻底解决由于电机运行中的不同步而产生的转炉“点头“和”摇头“的现象。
　　4台变频器可以在主/从之间切换，但是同时只能有一台主机，另外三台为从机，主机采用速度控制方式、从机采用转矩控制方式，主机给从机发出控制命令，从机接受主机发出的启动、停止指令及转矩的设定值进行动作。
　　当某台从机出现故障时，并不影响主机和其它从机的通讯和动作，所以可以继续运行，等到适当时候进行检修；当主机出现故障时，从机由于接受不到主机的信号而停机并报故障，此时将其中一台从机切换为主机，故障主机切换为从机，切换完成后，主机发出复位命令将信号同步后，从机故障信号消失，当系统正常后，继续运行，等到适当时候对故障设备进行检修。
　　当主机正常而3台从机同时报故障时，说明通讯出现了问题，为了不影响生产的正常进行，此时将所有从机切换为主机，即4台变频器同时进行速度控制，当检修条件具备时应立即检查通讯问题。
　　需要注意的是当检修变频器的时候，如果此时需要其它变频器继续运行，由于变频器断电后，光纤通讯网络已经断开，所以其它变频器不能进行主/从控制，应全部切换为主机才能继续运行。等检修完后，再切换为主/从控制方式。
　　如果进行正常的主/从切换，从机会由于暂时得不到主机信号报故障，当主机/从机切换完成后，给主机发出复位指令后，可以消除所有报警信号。
　　由于转炉属于高启动转矩的负载，因此启动方式为预加恒定励磁的高转矩启动方式，停止方式为斜坡停车方式，采用制动斩波器和制动电阻将回馈的能量进行吸收。
　　为了准确与抱闸装置协调工作，当变频器的速度达到绝对零速后，由变频器输出指令来控制抱闸装置，通过中间继电器来带动抱闸接触器，然后变频器停止励磁，这样可以*保*倾动装置不会出现“溜车”现象。
2氧*控制K7M-DR30UE
　　氧*控制的关键是在抱闸一打开后，电机就要有100的负载，为此，传动装置必须在零速下输出至少150的力矩，以防止氧*“溜车”。
　　ABB变频器的DTC控制方式可以在零速下提供高达200的输出力矩，其专用的提升软件，具有转矩记忆功能，将氧*所需的启动转矩记忆下来，一旦系统启动，就输出所需的力矩，*保*氧*的平稳运行。
　　ABB提升软件所具有的抱闸联锁控制功能更加*保*了系统的安全运行。
　　所示的是变频起停的时序。