羅克韋爾自動(dòng)化 A-B變頻器在濟(jì)鋼三煉鋼一號(hào)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)中的

一、前言
　　為了適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，許多鋼廠都在爭(zhēng)相建設(shè)新的生產(chǎn)線，濟(jì)鋼根據(jù)鋼鐵市場(chǎng)的形勢(shì)和今后的發(fā)展結(jié)合產(chǎn)品的調(diào)整而新建了一座煉鋼廠，其關(guān)鍵設(shè)備120噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)，以往由于所要求的電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩控制精度較高，一直是采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。隨著近幾年交流技術(shù)的不斷發(fā)展，其控制水平達(dá)到并超過(guò)傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能要求,且變頻器在零速時(shí)仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。三煉鋼廠這次就是使用美國(guó)A-B公司生產(chǎn)的具有精確轉(zhuǎn)矩技術(shù)的IMPACT系列變頻器。
　　二、系統(tǒng)的工藝要求
　　1、120t轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)機(jī)械設(shè)備采用4臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，4臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用4點(diǎn)齒合全懸掛形式，通過(guò)扭力桿裝置進(jìn)行力矩平衡。
　　2、4臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步啟動(dòng)、制動(dòng)及同步運(yùn)行。根據(jù)要求轉(zhuǎn)爐可以在0.13~1.30rpm之間進(jìn)行傾動(dòng)速度調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐可以作±360°旋轉(zhuǎn)。
　　3、當(dāng)1臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，剩余3臺(tái)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)行，此時(shí)轉(zhuǎn)爐速度控制在0.13~0.8rpm之間。
　　三、系統(tǒng)的配置圖及電氣參數(shù)
　　1、交流變頻電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YZP355S-8-132KW；轉(zhuǎn)速：740rpm；額定電壓：380V；額定電流：250A；額定轉(zhuǎn)矩：1700N.m；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：2.0；最大力矩倍數(shù)：3.0
　　2、變頻器型號(hào)：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：220kw；具有DeviceNet接口，采用編碼器速度反饋，其型號(hào)為TURCK 8.5823.1831.1024；
　　3、 PLC型號(hào): QUANTUM 140 CPU 534 14 ,主機(jī)熱備，與氧槍系統(tǒng)和本體輔機(jī)系統(tǒng)共用。
　　4、托圈編碼器型號(hào)：TURCK 8.5826.1831.3600.
　　5、應(yīng)用軟件：CONCEPT 2.5、MP7、RSLinxv2.4、 RSNetworkforDNET。

四、系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介：
　?。ㄒ唬⒆冾l器部分
　　先簡(jiǎn)單的介紹一下恒轉(zhuǎn)矩模式下變頻器的基本原理：
　　由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=[(60f1)/p](1-s)，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，n 基本上正比于f1，變頻調(diào)速時(shí)，為了使勵(lì)磁電流和功率因數(shù)保持不變。則希望磁通φ也保持不變。由定子電路的電動(dòng)勢(shì)方程式可見，在忽略定子漏阻抗的情況下，得
　　

　　本系統(tǒng)的具體控制方式如下：
　　1、 電機(jī)采用變頻器一對(duì)一控制，變頻器與PLC之間采用網(wǎng)絡(luò)及I/O進(jìn)行通訊，在傾動(dòng)變頻調(diào)速柜中，為了抑制電源側(cè)過(guò)壓，減少電流畸變，在變頻器輸入側(cè)配有進(jìn)線電抗器。
　　2、四象限運(yùn)行。變頻器能工作在正向出力、正向制動(dòng)、反向出力、反向制動(dòng)四種工作狀態(tài)。
　　3、主/從控制功能（速度/轉(zhuǎn)矩控制）。由于IMPACT變頻器采用了磁場(chǎng)定向控制技術(shù)，可獨(dú)立控制交流電動(dòng)機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩電流，實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩和速度控制。所采用的FORCE技術(shù)應(yīng)用了專利型的、頻寬的電流調(diào)節(jié)器技術(shù)，加上自適應(yīng)的控制器，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分離和控制，很好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的主/從控制要求。如圖二所市。
　　在HMI上任選四臺(tái)變頻器中有一臺(tái)為主，PLC將其68號(hào)參數(shù)置1，進(jìn)行速度控制（68號(hào)參數(shù)選擇1），另外三臺(tái)設(shè)為從（68號(hào)參數(shù)置2），主變頻器的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號(hào)參數(shù)）為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定（69號(hào)參數(shù)）進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。當(dāng)一臺(tái)從變頻器出故障時(shí)，主變頻器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號(hào)參數(shù)）信號(hào)給另外兩臺(tái)從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。當(dāng)主變頻器出故障時(shí)，HMI上會(huì)有故障顯示，系統(tǒng)自動(dòng)封鎖，如果變頻器的故障無(wú)法復(fù)位，可在HMI上另選一臺(tái)為主，PLC將該變頻器中的68號(hào)參數(shù)賦值1，變?yōu)樗俣瓤刂疲ㄊ蛊渥優(yōu)橹髯冾l器），其內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號(hào)參數(shù)）信號(hào)作為另外兩臺(tái)變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。
　　采用編碼器反饋，1336IMPACT變頻器調(diào)速范圍為1000：1，調(diào)速精度最高可達(dá)+/-0.001%，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%，性能達(dá)到并超過(guò)大功率直流調(diào)速器

圖二 主/從控制示意圖

圖三 力矩環(huán)控制示意圖
4、零速滿轉(zhuǎn)矩功能。由于采用FORCE技術(shù)，在全調(diào)速范圍內(nèi)可直接控制轉(zhuǎn)矩，具有低頻力矩補(bǔ)償功能，包括如圖四所示零速滿轉(zhuǎn)矩。

5、此外還具有電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁預(yù)置功能和力矩電流平衡功能;兩倍的過(guò)載能力，1分鐘的條件等；滿足了傾動(dòng)設(shè)備的力矩控制要求。。
　　6、GM6使變頻器通過(guò)設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）與PLC通訊，具體如圖五所示。

（二）、系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn)的功能:
　　1、 裝料操作臺(tái)、出鋼操作臺(tái)、出渣操作臺(tái)三地互鎖，一地操作，其他兩地?zé)o法操作。
　　2、 當(dāng)外部聯(lián)鎖條件不允許時(shí)，自動(dòng)封鎖系統(tǒng)。
　　3、 只有選擇了三臺(tái)以上電機(jī)，才允許系統(tǒng)運(yùn)行。四臺(tái)的運(yùn)行速度為0.13~1.30rpm，三臺(tái)的運(yùn)行速度為0.13~0.8rpm。
　　4、 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主/從切換、電機(jī)的預(yù)勵(lì)磁、運(yùn)行等控制。
　　5、 為了增加操作工人的可靠性，無(wú)論何種模式運(yùn)行，轉(zhuǎn)爐接近零位時(shí)自動(dòng)減速停止在零位,離開零位要重新推出主令，電機(jī)方可運(yùn)行。
　　6、 實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)角度，當(dāng)監(jiān)控到托圈編碼器出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)在上位報(bào)警，提示操作人員。
　　7、 實(shí)時(shí)顯示四臺(tái)傾動(dòng)電機(jī)的電流、頻率值，并自動(dòng)對(duì)特定角度下電機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，超出范圍時(shí)，及時(shí)報(bào)警。
　　8、 系統(tǒng)的基本保護(hù)措施: 傾動(dòng)系統(tǒng)選擇主；運(yùn)行過(guò)程中主電機(jī)必須運(yùn)行；相應(yīng)的操作臺(tái)選擇本地；外部聯(lián)鎖條件正常（氧槍在待吹位以上，活動(dòng)煙罩在上限，活動(dòng)煙罩不在下限，稀油潤(rùn)滑正常，副槍不在檢測(cè)位）；無(wú)傾動(dòng)系統(tǒng)綜合故障（選擇3臺(tái)以上傾動(dòng)電機(jī)入；相應(yīng)的變頻器主電源投入；電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行；選擇的變頻器無(wú)故障，且必須切入；傾動(dòng)控制UPS電源正常；傾動(dòng)操作電源合；傾動(dòng)操作電源正常；傾動(dòng)抱閘電源正常）；HMI設(shè)定：傾動(dòng)系統(tǒng)為生產(chǎn)方式、傾動(dòng)“系統(tǒng)啟動(dòng)”、沒(méi)有選擇“系統(tǒng)停止”、及“系統(tǒng)休止”；操作臺(tái)沒(méi)有按下非常停止指令。
　　9、 為了防止電機(jī)點(diǎn)頭及下滑，主令離開零位1秒內(nèi)必須有三臺(tái)以上電機(jī)運(yùn)行，且主令離開零位給定大于一定值才能發(fā)出運(yùn)行信號(hào)。
　　10、為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行，如果轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)以下情況必須報(bào)警：
　?。?）在零位時(shí)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩大于700Nm
　?。?）電動(dòng)機(jī)最大驅(qū)動(dòng)力矩大于1800Nm10秒以上
　?。?）轉(zhuǎn)爐正常操作時(shí),電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩大于2290Nm。
　　由于變頻器采用了FORCE技術(shù)系統(tǒng)滿足恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時(shí)，磁通φ基本不變，只要φ不變，則根據(jù)

五、結(jié)束語(yǔ)
　　三煉鋼自2003年3月1日投產(chǎn)后，其傾動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行一直正常，由于種種原因，原設(shè)計(jì)的正力矩轉(zhuǎn)爐，實(shí)際是負(fù)轉(zhuǎn)矩，給傾動(dòng)系統(tǒng)控制的安全性增加了一定的難度。為了增加系統(tǒng)的可靠性，我們采取了許多措施：如在抱閘回路中增加了一些控制節(jié)點(diǎn)等?？傊?，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)我們會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的完善,使其運(yùn)行更加安全、可靠。