變頻器在轉(zhuǎn)爐氧槍升降控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

祁慶芳

【摘 要】本文介紹了轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)中利用增量型編碼器定位以及變頻調(diào)速控制氧槍高低速技術(shù)的應(yīng)用過程，以及變頻器運行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和處理。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐氧槍；變頻器；調(diào)速；智能電阻

0.前言

在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對優(yōu)勢，具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動態(tài)響應(yīng)以及在四象限做可逆運行等良好的技術(shù)性能。目前冶金行業(yè)流行的頂吹式煉鋼中氧槍自動控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著對從轉(zhuǎn)爐頂部進(jìn)行吹氧冶煉的氧槍的升降控制，其控制要求穩(wěn)定可靠性好、控制精度高、響應(yīng)速度快，其定位以及升降控制在吹煉過程中起著重要作用，直接影響到生產(chǎn)出鋼水的質(zhì)量。

1.氧槍控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1氧槍控制系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

控制系統(tǒng)都是由電磁站內(nèi)的PLC控制變頻器，再由變頻器驅(qū)動氧槍升降電動機(jī)工作，電動機(jī)通過減速機(jī)帶動氧槍鋼絲繩滾筒運轉(zhuǎn)，鋼絲繩牽引著裝有氧槍的小車在固定的軌道上進(jìn)行升降運動。為了將氧槍小車的位置信號反饋給PLC，在電機(jī)另一端裝有氧槍高度編碼器，在減速機(jī)另一端裝有凸輪控制器。為了控制氧槍不至于沖頂或墜地，另外在氧槍的活動軌道上方還有兩個機(jī)械上極限限位，在氧槍的固定軌道上還裝有一個機(jī)械下極限限位。為了檢測鋼絲繩是否松馳，在鋼絲繩的另一端裝有張力檢測傳感器。

1.2智能主令控制器

轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)采用西門子智能編碼器，在自動化系統(tǒng)中，編碼器把實際的機(jī)械參數(shù)值轉(zhuǎn)換成電氣信號傳入PLC進(jìn)行處理。其具有運行可靠、響應(yīng)速度快、分辨率高、控制正確、調(diào)整方便、狀態(tài)存儲等優(yōu)點。智能編碼器通過檢測卷筒轉(zhuǎn)動來得到正確的位移量，系統(tǒng)通過檢測到不同的位移信號來發(fā)出指令通過程序來控制變頻器起停、變速等。

1.3變頻器

轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)采用的是施耐德Altivar61變頻器并加有智能電阻器。

2.變頻器的基本結(jié)構(gòu)

變頻器一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 見圖1。

圖1 變頻器基本構(gòu)成

2.1整流器

電網(wǎng)側(cè)的變流器稱為整流器，其作用是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流器一般都是單獨的一塊整流模塊。

2.2平波回路

平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源6倍頻率脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動，為了抑制電壓波動采用電感和電容吸收脈動電壓（電流），一般通用變頻器電源的直流部分對主電路而言有余量，故省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。

2.3控制電路

主要由運算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和制動電路構(gòu)成。變頻器采取的控制方式，有速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、PID或其它方式。

2.4逆變器

負(fù)載側(cè)的變流器稱為變流器，逆變器同整流器相反，逆變器是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷，從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。

3.轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)的控制方式

3.1轉(zhuǎn)爐氧槍控制過程為

整個氧槍自控系統(tǒng)是由西門子S7-400的PLC進(jìn)行控制的。操作室手柄發(fā)出的提槍或下槍指令傳入PLC的模擬量輸入模塊時，同時檢測氧槍升降的條件是否具備，包括張力是否正常、最高點或最低點是否工作，其它條件是否滿足下槍或提槍條件。

通過設(shè)定啟動頻率，第一運行速度、第二運行速度等多點速度（具體何時變速由智能編碼器發(fā)出）。逆變器運行的條件是接到上升、下降命令，此命令由PLC根據(jù)運行約束條件輸出上升、下降點來控制。

3.2在轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)中，變頻器是其中不可或缺的部分，接線圖見圖2。變頻器在調(diào)速過程中具有以下優(yōu)點：

圖2 變頻器基本接線圖

（1）調(diào)速連續(xù)方便，分段預(yù)置，調(diào)速過程中連續(xù)平滑。

（2）實現(xiàn)了低頻低壓的軟起動和軟停止，使運行更加平穩(wěn)，減小機(jī)械沖擊，延長電氣元件使用壽命。

（3）啟動及加速過程沖擊電流小。對整個電網(wǎng)影響小。

4.變頻器在氧槍控制中出現(xiàn)的問題及解決方法

4.1故障

轉(zhuǎn)爐氧槍在一段時間內(nèi)頻繁出現(xiàn)故障，在自動控制過程中，其在上減速過程中總是出現(xiàn)變頻器斷電現(xiàn)象，而在手動使用時就沒有這個現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.2故障分析

4.2.1機(jī)械部分

故障發(fā)生后，立即檢查，卷筒與減速機(jī)連接方式為直連式，中間采取滑塊方式來減少連接間隙，保證設(shè)備精度。檢查減速機(jī)連桿、滑塊及滑塊套。均無發(fā)現(xiàn)機(jī)械間隙，配合良好，無松動。

檢查氧槍機(jī)械制動部分，檢查液壓推動器及行程，儲能器，及閘皮，并未發(fā)現(xiàn)問題。

4.2.2電氣控制

現(xiàn)場電氣硬件包括，位移傳感器，正位傳感器，接線屏蔽等，通過正位傳感器信號與偏位傳感器進(jìn)行對比，比較出信號，排除位移傳感器故障。通過手動操作氧槍，從電氣信號監(jiān)控和反饋信號對比，排除正位傳感器故障。檢查傳感器接頭是否有松動及屏蔽情況是否良好，排除電氣系統(tǒng)方面的故障。

電氣軟件方面，觀測變頻器控制反饋信息，氧槍在上減速位置時，發(fā)現(xiàn)設(shè)定指令與實際反饋指令比較后，實際反饋滯后于設(shè)定反饋3s左右。

在標(biāo)定變頻器給定指令時，出現(xiàn)誤差。有滯后或超前的現(xiàn)象。

5.故障排除

優(yōu)化變頻器控制參數(shù)，在開始工作時，氧槍從低速到高速調(diào)整范圍小，穩(wěn)定性差，要求編碼器開始工作時，輸出位置信號，給定變頻器快速信號，使變頻器輸出頻率增大。來驅(qū)動氧槍快速運行。氧槍在快速運行至上減速位置時，智能編碼器給出變速信號時，變頻器先通過內(nèi)置減速時間設(shè)定來進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整變頻器內(nèi)置參數(shù)，設(shè)置減速時間，讓變頻器進(jìn)行自檢，通過比較自行校正。

調(diào)整變頻器智能電阻器，增大智能電阻器的阻值，由原來的5歐姆調(diào)整到8歐姆。經(jīng)過調(diào)整后，觀查增大后的阻值適合變頻器的運行。經(jīng)過上述調(diào)整，在氧槍后期運行過程中，原來出現(xiàn)的故障問題消失。

6.結(jié)束語

通過轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)的改進(jìn)和調(diào)整，各項參數(shù)的優(yōu)化及智能變阻器的大小調(diào)整，消除了自動過程中出現(xiàn)的變頻器斷電故障，充分利用了備件的本身特性，達(dá)到了生產(chǎn)使用要求。解決了實際中的難題。降低了備件成本。延長了設(shè)備的使用周期。

系統(tǒng)自運行以來，沒有發(fā)生氧槍升降不正常的現(xiàn)象，系統(tǒng)定位精度高，生產(chǎn)效率和設(shè)備開機(jī)率明顯提高；系統(tǒng)人機(jī)對話功能簡單靈活，維護(hù)效率提高；減少了不安全因素。

【參考文獻(xiàn)】

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