一、應用現狀
湖北某球團廠年產500萬噸球團線，高壓輥磨機是球團生產系統中礦料制球前的一道擠壓工序。該工序的主要目的是通過礦料擠壓增加表面積，從而達到提高礦料制球的效率，保證制球產量達到最大化，提高球團成型率。輥磨機的主要技術參數如下表所示。
該高壓輥磨機主要由：定輥、動輥、液壓機構、料倉、喂料機、料柱、卸料皮帶等機械設備及電控系統構成。為保持正常生產和良好的成品產出率，系統通過控制喂料速度保持料倉料位在30～80％的高度范圍內。通過液壓機構調節定輥與動輥間的工作壓力，保持料柱高度和良好的成品擠出率。在實際運行中，由于輥磨機運行速度高、出料速度快，喂料斗根本無法建立合理的堆料高度，不能為輥壓機的擠出提供有效的堆壓，礦料直接通過輥磨。輥壓機的擠出壓力不能達到設計預期，存在制球率較低、返料率高，制約球團線產量。
為了改善輥壓機的運行工況，提高輥壓機制球率和成球效果，通過采用變頻調速技術改變輥壓機的擠出速度，合理控制出料速度，在輥壓機頂部的堆料倉內建立料高，保證輥壓機頂部形成有效堆壓，改善礦料擠出效果、提高礦料制球率。
二、生產工藝分析
高壓輥磨機兩臺輥柱分別由一臺電動機驅動，并配備一套完整的機械驅動和電控系統，其原理示意如下圖所示。輥磨機電動機輸出軸通過液力耦合器與輥軸的減速齒輪箱連接，減少由于震動和瞬間負載對電動機產生的負荷沖擊。
當輥磨機啟動時，液壓系統處于釋放狀態；定輥與動輥同時空載啟動。在啟動至正常狀態后，系統開始喂料，液壓系統對動輥加載，逐步提高輥磨擠壓壓力至45～47kPa保持良好的礦料產出成品率。輥磨壓力檢測系統根據DCS遠傳來的壓力設定值自動調節磨輥間隙，保持輥壓穩定。當運行中礦料中的異物通過輥磨間隙產生沖擊負荷時，液壓系統會通過自動壓力平衡系統，調整或平衡輥間壓力。但是在液壓系統調節瞬間，輥磨扭矩會通過液力耦合器將扭矩沖擊傳遞至電動機輸出軸側，引起電動機電流瞬時波動。當出現卡塞或沖擊負荷超過200％Tn時，液壓系統會采取緊急卸壓措施，減低沖擊負荷對設備的破壞作用。同時，機械傳遞系統，通過液力耦合器的軟連接提供最大不超過250％Tn的保護性能。
三、系統方案
針對上述分析，高壓輥磨機定輥和動輥電氣拖動系統，需分別配備一臺高壓變頻器和一套工頻/變頻自動切換系統，用于該系統變頻拖動，以及變頻故障條件下的原有系統恢復。系統電氣原理圖如下，其中QF表示高壓開關柜、QS表示高壓隔離開關、KM表示真空接觸器、TF表示高壓變頻器、M表示電動機，虛框內為新增設備。
當變頻運行時，首先操作QF分斷，操作合QS1、QS2隔離開關；由DCS發出變頻選擇指令，變頻器系統自動操作合KM1、KM2。變頻輸出“高壓合閘允許信號”至DCS。DCS在液壓系統處于釋放狀態下，發出QF合閘、變頻器上電等指令。變頻上電具備啟動條件后，發“變頻待機”信號給DCS。由變頻器進行互為運行方式確認，只有當兩臺輥磨電機均處于變頻或工頻運行方式時，系統才允許發出輥磨啟動指令。DCS發出變頻啟動指令，輥磨變頻運行。
運行過程中，其中一臺輥磨變頻運行回路故障跳閘時，變頻器發出聯鎖跳變頻器上口高壓開關QF信號。同時，變頻器自動聯跳上下口真空接觸器KM1、KM2。系統通過高壓開關QF聯動實現輥磨機原有保護動作，進行卸壓和聯停另一側輥磨變頻器。當兩臺輥磨中任意一臺變頻回路出現問題，系統都必須將定輥和動輥電動機同時轉為工頻驅動方式運行。
工頻/變頻自動切換旁路柜提供手/自動切換和就地啟停控制功能。自動控制時，變頻器根據遠程DCS來的運行方式選擇信號，自動完成工頻/變頻自動切換、旁路柜KM1、KM2、KM3操作和邏輯閉鎖、故障判斷等功能處理。
高壓輥磨機適配的高壓變頻器主要技術指標列表如下。
四、控制系統方案
高壓輥磨機液壓系統加載前，定輥與動輥同時啟動；兩臺輥軸之間無機械力矩耦合。兩臺變頻器根據預設加速曲線加速至轉速初始值70%n0。變頻器根據設定轉速值自動調節輥軸轉速穩定；動輥轉速與定輥轉速同步運行。變頻器發出“允許加載”指令，DCS側操作液壓系統進行動輥加載。當動輥變頻器檢測到轉矩輸出達到輸出要求且穩定后，變頻器自動由轉速閉環控制方式切換為轉矩控制閉環。該控制過程由變頻器內置的專屬“恒轉矩同步驅動負載協調控制”策略自動實現，自動平衡定、動輥的輸出轉矩與轉速。保證輥磨機的具有良好的穩態控制精度和動態響應特性。
經變頻改造后，變頻控制系統為輥磨機的工況調節提供了一種全新的調節手段。輥磨機不僅可通過調節喂料速度適應球團生產線產量需求，而且可以通過改變輥磨機的運行速度調節設備的出料速度，維持穩定的輥頂堆壓，保證輥磨機出料質量、提高后續生產的成球率，降低返料量。
五、應用效果
高壓輥磨機經變頻改造后，實際運行數據統計如下表所示。從數據中可以看出：高壓變頻運行時，輥磨機的工藝參數得到改善，下料量得到控制，在輥磨機頂部建立了有效的堆壓。產品質量得到改善后返料量明顯下降，輥磨機的電耗也得到明顯下降，直接產生約20%的節電效果，經濟效益明顯。
