濟鋼三煉鋼一號轉爐傾動系統

摘 要 本文詳細論述了濟鋼120t轉爐傾動控制系統的原理
關鍵詞 變頻器 主/從控制 轉矩控制
The System of NO.1 Tilting Equipment of No.3 Steel Making Plant in JiNan Iron &Steel Group.
DingYanPing HanJiJin
(Automation Department of JiNan Iron &Steel Group)
Abstract The Principle of the control system of the 120t BOF tilting equipment was detailedly discussed in JiNan Iron &Steel Group.
Keywords Converter ; Main/Slave Control ; Torque control

一、 前言
為了適應日益激烈的市場競爭，許多鋼廠都在爭相建設新的生產線，濟鋼根據鋼鐵市場的形勢和今后的發展結合產品的調整而新建了一座煉鋼廠，其關鍵設備120噸頂底復吹轉爐傾動控制系統，以往由于所要求的電動機速度和轉矩控制精度較高，一直是采用直流電動機驅動的傳統控制系統。隨著近幾年交流技術的不斷發展，其控制水平達到并超過傳統直流調速系統的性能要求,且變頻器在零速時仍能產生滿轉矩。三煉鋼廠這次就是使用美國A-B公司生產的具有精確轉矩技術的IMPACT系列變頻器。
二、 系統的工藝要求
1、120t轉爐的傾動機械設備采用4臺交流變頻電動機驅動，4臺電動機采用4點齒合全懸掛形式，通過扭力桿裝置進行力矩平衡。
2、4臺電動機同步啟動、制動及同步運行。根據要求轉爐可以在0.13~1.30rpm之間進行傾動速度調節，轉爐可以作±360°旋轉。
3、當1臺電動機發生故障，剩余3臺電動機繼續正常運行，此時轉爐速度控制在0.13~0.8rpm之間。
三、 系統的配置圖及電氣參數
1、交流變頻電動機型號：YZP355S-8-132KW；轉速：740rpm；額定電壓：380V；額定電流：250A；額定轉矩：1700N.m；起動轉矩倍數：2.0；最大力矩倍數：3.0
2、變頻器型號：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：220kw；具有DeviceNet接口，采用編碼器速度反饋，其型號為TURCK 8.5823.1831.1024；
3、 PLC型號: QUANTUM 140 CPU 534 14 ,主機熱備，與氧槍系統和本體輔機系統共用。
4、托圈編碼器型號：TURCK 8.5826.1831.3600.
5、應用軟件：CONCEPT 2.5、MP7、RSLinxv2.4、 RSNetworkforDNET。


四、 系統功能簡介：
（一）、變頻器部分
先簡單的介紹一下恒轉矩模式下變頻器的基本原理：
由于異步電動機的轉速n=[(60f1)/p](1-s)，當轉差率變化不大時，n 基本上正比于f1，變頻調速時，為了使勵磁電流和功率因數保持不變。則希望磁通φ也保持不變。由定子電路的電動勢方程式可見，在忽略定子漏阻抗的情況下，得
UX≈EX=4.44f1W1kW1φ
為了在f1/變化是φ保持不變，則由上式可見UX / f1必須為定值，即UX必須與f1成比例地變化。
對于恒轉矩調速，如果變頻器裝置保證UX隨f1成比例地變化，則可保證在頻率變化過程中電動機具有同樣的過載能力，在f1相對較高時，根據電動機的轉矩公式得
T≈C(UX/f1)2
C為常數，C=（m1p）/[8π2(L1+L2’)]
由于Tm=KTTN,得Tm=C(UX2/KTf12)
因此，如頻率變化為定子相電壓、額定轉矩及過KT載倍數相應的變為UX’、TN’、KT’則頻率變化前后額定轉矩之比為

為使頻率變化前后電動機具有同樣的過載能力，即KT’=TN，則定子電壓應根據下列規律來調節。

對于恒轉矩調速，TN’=TN，,因此 =定值
由此可見，恒轉矩變頻調速時，如能保持 UX/f1=定值,則可保證調速過程中電動機的過載能力基本不變,同時可滿足磁通φ基本不變的要求．
本系統的具體控制方式如下：
1、 電機采用變頻器一對一控制，變頻器與PLC之間采用網絡及I/O進行通訊，在傾動變頻調速柜中，為了抑制電源側過壓，減少電流畸變，在變頻器輸入側配有進線電抗器。
2、四象限運行。變頻器能工作在正向出力、正向制動、反向出力、反向制動四種工作狀態。
3、主/從控制功能（速度/轉矩控制）。由于IMPACT變頻器采用了磁場定向控制技術，可獨立控制交流電動機的磁通量和轉矩電流，實現精確的轉矩和速度控制。所采用的FORCE技術應用了專利型的、頻寬的電流調節器技術，加上自適應的控制器，可以對電動機的磁通量和轉矩進行分離和控制，很好地實現了系統的主/從控制要求。如圖二所示。
在HMI上任選四臺變頻器中有一臺為主，PLC將其68號參數置1，進行速度控制（68號參數選擇1），另外三臺設為從（68號參數置2），主變頻器的內部轉矩輸出（229號參數）為從變頻器的轉矩給定（69號參數）進行轉矩控制。當一臺從變頻器出故障時，主變頻器內部轉矩輸出（229號參數）信號給另外兩臺從變頻器的轉矩給定，進行轉矩控制。當主變頻器出故障時，HMI上會有故障顯示，系統自動封鎖，如果變頻器的故障無法復位，可在HMI上另選一臺為主，PLC將該變頻器中的68號參數賦值1，變為速度控制（使其變為主變頻器），其內部轉矩輸出（229號參數）信號作為另外兩臺變頻器的轉矩給定，進行轉矩控制。
采用編碼器反饋，1336IMPACT變頻器調速范圍為1000：1，調速精度最高可達+/-0.001%，轉矩調整率為2%，性能達到并超過大功率直流調速器。




4、零速滿轉矩功能。由于采用FORCE技術，在全調速范圍內可直接控制轉矩，具有低頻力矩補償功能，包括如圖四所示零速滿轉矩。


5、此外還具有電動機勵磁預置功能和力矩電流平衡功能;兩倍的過載能力，1分鐘的條件等；滿足了傾動設備的力矩控制要求。。
6、GM6使變頻器通過設備網（DeviceNet）與PLC通訊，具體如圖五所示。


（二）、系統控制程序實現的功能:
1、 裝料操作臺、出鋼操作臺、出渣操作臺三地互鎖，一地操作，其他兩地無法操作。
2、 當外部聯鎖條件不允許時，自動封鎖系統。
3、 只有選擇了三臺以上電機，才允許系統運行。四臺的運行速度為0.13~1.30rpm，三臺的運行速度為0.13~0.8rpm。
4、 實現系統的主/從切換、電機的預勵磁、運行等控制。
5、 為了增加操作工人的可靠性，無論何種模式運行，轉爐接近零位時自動減速停止在零位,離開零位要重新推出主令，電機方可運行。
6、 實時顯示轉爐的傾動角度，當監控到托圈編碼器出現故障時，自動在上位報警，提示操作人員。
7、 實時顯示四臺傾動電機的電流、頻率值，并自動對特定角度下電機的電流、電壓、轉矩等數據進行比較，超出范圍時，及時報警。
8、 系統的基本保護措施: 傾動系統選擇主；運行過程中主電機必須運行；相應的操作臺選擇本地；外部聯鎖條件正常（氧槍在待吹位以上，活動煙罩在上限，活動煙罩不在下限，稀油潤滑正常，副槍不在檢測位）；無傾動系統綜合故障（選擇3臺以上傾動電機入；相應的變頻器主電源投入；電動機風機運行；選擇的變頻器無故障，且必須切入；傾動控制UPS電源正常；傾動操作電源合；傾動操作電源正常；傾動抱閘電源正常）；HMI設定：傾動系統為生產方式、傾動“系統啟動”、沒有選擇“系統停止”、及“系統休止”；操作臺沒有按下非常停止指令。
9、 為了防止電機點頭及下滑，主令離開零位1秒內必須有三臺以上電機運行，且主令離開零位給定大于一定值才能發出運行信號。
10、為了保證設備的安全運行，如果轉爐出現以下情況必須報警：
（1）在零位時電動機的驅動力矩大于700Nm
（2）電動機最大驅動力矩大于1800Nm10秒以上
（3）轉爐正常操作時,電動機驅動力矩大于2290Nm。
由于變頻器采用了FORCE技術系統滿足恒轉矩變頻調速時，磁通φ基本不變，只要φ不變，則根據
，
可知轉矩與力矩電流分量成正比，知道了電機的額定電流和轉矩及任一時刻的電流值即可求出其轉矩，即：

五、 結束語
三煉鋼自2003年3月1日投產后，其傾動系統運行一直正常，由于種種原因，原設計的正力矩轉爐，實際是負轉矩，給傾動系統控制的安全性增加了一定的難度。為了增加系統的可靠性，我們采取了許多措施：如在抱閘回路中增加了一些控制節點等。總之，隨著運行時間的加長我們會對系統進行進一步的完善,使其運行更加安全、可靠。