直流調(diào)速器在高爐探尺上的應(yīng)用

姜濤

(韶鋼集團(tuán)公司煉鐵部煉鐵分廠點(diǎn)檢站，廣東韶關(guān)512123)

1 引言

高爐探尺系統(tǒng)是高爐的重要設(shè)備，操作人員通過(guò)這項(xiàng)設(shè)備精細(xì)地了解爐況，掌握爐料在爐內(nèi)的生產(chǎn)情況，是判斷如何上料的重要依據(jù)。準(zhǔn)確地掌握料線是高爐正常工作的基本保證，所以探尺的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)。原高爐探尺的控制系統(tǒng)是采用可調(diào)電阻、晶閘管等組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是調(diào)整相對(duì)比較麻煩和繁瑣，而且調(diào)整結(jié)果的精準(zhǔn)度不夠，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，不能很好的跟隨料面，影響爐內(nèi)布料。針對(duì)老系統(tǒng)的這些缺點(diǎn)，采用了新型高性能調(diào)速裝備SIMOREG DC Master 6RA70驅(qū)動(dòng)系列。

2 高爐探尺的工藝

高爐探尺是用來(lái)探測(cè)高爐內(nèi)料線的深度，為值班室操作人員提供爐內(nèi)料線動(dòng)態(tài)高低度的實(shí)時(shí)情況，以便控制鐵礦石、焦炭等原料向爐內(nèi)下放的批次、數(shù)量等，當(dāng)探尺重錘開(kāi)始自動(dòng)提升到頂部的設(shè)定零位，各種礦及焦炭等原料按工藝要求設(shè)定向爐內(nèi)下放，一批料排放完畢，探尺又自動(dòng)由設(shè)定零位開(kāi)始按設(shè)定速度下放，下放到爐內(nèi)實(shí)際料面時(shí)，重錘由料面支撐，速度減速接近為零，隨后隨料面下放，直到檢測(cè)到需要下料時(shí)開(kāi)始自動(dòng)提升，如此循環(huán)，使操作人員能比較直觀清楚地了解到爐內(nèi)料線情況。

探尺的良好的料面跟隨性是判斷探尺系統(tǒng)是否好用的一個(gè)重要因素，如發(fā)生倒錘、懸錘或者穿料都無(wú)法反映料面的真實(shí)情況，這是實(shí)際生產(chǎn)中絕對(duì)不能出現(xiàn)的現(xiàn)象。

2.1 探尺硬件、軟件配置及系統(tǒng)構(gòu)成

直流調(diào)速器是一種模塊式直流電機(jī)調(diào)速器，集電源、控制、驅(qū)動(dòng)電路于一體，采用立體結(jié)構(gòu)布局，控制電路采用微功耗元件，用光電耦合器實(shí)現(xiàn)電流、電壓的隔離變換，電路的比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)用PID適配器調(diào)整。該調(diào)速器體積小、重量輕，可單獨(dú)使用也可直接安裝在直流電機(jī)上構(gòu)成一體化直流調(diào)速電機(jī)，可具有調(diào)速器所應(yīng)有的一切功能。

直流調(diào)速器就是調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備，上端和交流電源連接，下端和直流電動(dòng)機(jī)連接，直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機(jī)勵(lì)磁(定子)控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，一路輸入給直流電機(jī)電樞(轉(zhuǎn)子)，直流調(diào)速器通過(guò)控制電樞電流調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。必要時(shí)修正電樞電壓輸出，以此來(lái)再次調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)的調(diào)速方案一般有3種方式:改變電樞電壓、改變勵(lì)磁繞組電壓、改變電樞回路電流。

SIMOREG 6RA70系列直流調(diào)速裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，在一爐中選擇的是6RA7025的直流調(diào)速裝備。反饋元件采用絕對(duì)值編碼器，安裝在電機(jī)同軸，用于檢測(cè)重錘位置(圖1)。

軟件設(shè)計(jì)方面采用西門子STEP 7編程軟件和WINCC人機(jī)界面，直流調(diào)速裝置直接做為控制器DP從站，上位PLC可實(shí)時(shí)監(jiān)控探尺重錘運(yùn)行情況，料面位置，以及探尺電流，速度等。便于操作人員觀察判斷和操作(圖1)。

圖1 探尺控制框圖

2.2 控制方式

準(zhǔn)確探明料位是保證高爐正常上料的重要前提，工作控制方式為:電機(jī)運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)重錘提升或者下放，由電機(jī)拖動(dòng)滾筒，從而帶動(dòng)鋼絲繩經(jīng)滑輪、鎖鏈等將重錘放入爐體內(nèi)。

探尺的工作流程:當(dāng)滿足探尺工作條件時(shí)，選擇自動(dòng)或者手動(dòng)，開(kāi)始放尺，直到達(dá)料面，跟隨料面，當(dāng)需提尺信號(hào)來(lái)時(shí)開(kāi)始提尺，此時(shí)可人工判斷是否提尺，轉(zhuǎn)換手動(dòng)模式操作放尺或者提尺，提尺到零位停止，等待下一次放尺信號(hào)。探尺系統(tǒng)一共有3種工作狀態(tài):放尺、跟隨料面和提尺。

放尺狀態(tài):抱閘接觸器得電，抱閘打開(kāi)，在爐內(nèi)重錘的牽引下，電機(jī)反轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，勵(lì)磁恒定，電流加大，反向力矩加大，使之減速為能耗制動(dòng)，將轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電阻上。下降加速，反向電流加大，反向力矩加大，使之減速。

跟隨料面狀態(tài)時(shí)，重錘被料面托住，停在料面上，電流逐漸穩(wěn)定，電動(dòng)機(jī)Md=Mg－Mz，Mz為料面對(duì)重錘的支撐力矩，直流調(diào)速器處于整流工作狀態(tài)，當(dāng)料面繼續(xù)下降，Mz減小至0時(shí)，在Mg作用下，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，直流調(diào)速器進(jìn)入逆變工作狀態(tài)此時(shí)進(jìn)入提尺狀態(tài)。

探尺處于提尺狀態(tài)時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)重錘 以V勻速上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Md=Mg+Mf，電機(jī)力矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同，為驅(qū)動(dòng)力矩，直流調(diào)速器處于整流工作狀態(tài)。到達(dá)設(shè)定零位，抱閘接觸器失電，抱閘抱緊。

Md為電動(dòng)機(jī)力矩，Mg為重錘力矩，Mf為系統(tǒng)摩擦損耗力矩，V為提尺速度。最初設(shè)定時(shí)，調(diào)整電阻確定合適的探尺速度，提尺放尺指令由上位機(jī)PLC通過(guò)DP傳輸。

2.3 特點(diǎn)分析

(1)與原交流能耗制動(dòng)相比，西門子6RA70直流調(diào)速裝置采用全程可視性數(shù)字調(diào)節(jié)，對(duì)速度和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，配置相應(yīng)的直流電動(dòng)機(jī)，整流變壓器等。生產(chǎn)時(shí)，探尺提尺、放尺等開(kāi)關(guān)量信號(hào)由上位機(jī)通過(guò)PLC給定，同時(shí)數(shù)控通過(guò)自身的輸出端子可以輸出狀態(tài)信號(hào):如在提尺、在放尺、故障等開(kāi)關(guān)量信號(hào)及電樞的電流、電壓等模擬量信號(hào)，探尺下放提升速度，高低度位置，所有這些信號(hào)都通過(guò)系統(tǒng)PLC在值班室電腦畫(huà)面上顯示，直觀易懂，方便操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及出現(xiàn)故障易于及時(shí)判斷和處理。

(2)同時(shí)從安裝硬件上來(lái)說(shuō)其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。裝置內(nèi)裝有調(diào)節(jié)插槽板，各個(gè)單元易于拆裝，使檢查，維護(hù)變得簡(jiǎn)單易行。外部信號(hào)連接的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出，模擬量輸入/輸出，脈沖發(fā)生器等，通過(guò)插槽端子排實(shí)現(xiàn)，裝置軟件存放去(Flash)－EPPOM內(nèi)，通過(guò)串行接口寫(xiě)入可以方便的更換，無(wú)需調(diào)速電阻，并具有自診斷功能。

(3)在實(shí)際運(yùn)行中抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)速平穩(wěn)，精度高，軟硬件結(jié)合控制，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。裝置接口卡實(shí)現(xiàn)PLC控制，組成自動(dòng)化程度很高的控制系統(tǒng)，而且在運(yùn)行中省電、節(jié)能、環(huán)保，從而有更廣泛更靈活的應(yīng)用前景。

(4)有效防止“崩料”現(xiàn)象出現(xiàn)，由于勵(lì)磁恒定，在發(fā)生“崩料”時(shí)，下降加速，電流加大，產(chǎn)生向上的力矩加大，此時(shí)使之迅速減速。直到接觸到料面，電流逐漸穩(wěn)定，速度隨之穩(wěn)定，正常跟隨料面。

3 結(jié)語(yǔ)

改造后的直流調(diào)速裝置控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，工作可靠、定位準(zhǔn)確、故障率低，提高了高爐料線探測(cè)的精準(zhǔn)度，對(duì)高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)有著重要作用，同時(shí)，高爐采用這種裝置后能夠降低生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度與勞作成本，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。