轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)中交流變頻技術(shù)的應(yīng)用

李濤

【摘要】交流變頻技術(shù)在提高轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的精確性、安全性等方面極具優(yōu)勢(shì)，結(jié)合實(shí)例，從交流變頻電機(jī)和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)兩大部分對(duì)交流變頻技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了具體分析。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)；交流變頻技術(shù)；變頻電機(jī)；變頻調(diào)速系統(tǒng)

引言

轉(zhuǎn)爐是一種圓筒形、可傾動(dòng)的吹氧煉鋼容器，爐體多由鋼板制成，內(nèi)部襯有耐火材料，在鋼鐵冶金行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。為取得較好的吹煉效果，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)必須具備極高的穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)負(fù)載變化。另外，對(duì)其啟動(dòng)力矩、運(yùn)行速度等均有著嚴(yán)格要求。冶金廠和煉鋼廠多采用兩種技術(shù)，一是無環(huán)直流傳動(dòng)技術(shù)，二是交流變頻調(diào)速技術(shù)。尤其是后者，近些年來取得了很大突破，控制水平大幅提升，將其用于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)，不僅能節(jié)約電能，而且在生產(chǎn)安全方面也發(fā)揮著重大作用。

1.工程實(shí)例

萊鋼型鋼煉鋼廠擁有3座120t的轉(zhuǎn)爐，傾動(dòng)系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，并使用先進(jìn)的人機(jī)界面軟件。通過分散控制、集中管理的模式，在不影響網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)上，減少了線纜數(shù)量，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，對(duì)其安全性及穩(wěn)定性頗為有利。4臺(tái)交流變頻電機(jī)采用的是西門子Master Drives 6ES70系列，功率均為350KW，可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐正負(fù)360°隨意轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.交流變頻電機(jī)在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

爐體耳軸下部的重量和高度均應(yīng)符合要求，如此即便系統(tǒng)失控，或抱閘力矩不足，在爐體正力矩的作用下，也可維持爐口始終向上，以降低倒鋼風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)行中需將爐體內(nèi)鋼水倒出時(shí)，由電機(jī)輸出正力矩，提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐；結(jié)束后將爐體勻速牽回，并將其勢(shì)能回饋給系統(tǒng)。

此過程中，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的角度和速度極為關(guān)鍵，這就要求加強(qiáng)控制的精確度，否則可能出現(xiàn)安全問題。另外，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)時(shí)負(fù)載較大，所以對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)要求較為嚴(yán)格，如電機(jī)和變頻器的過載能力、低速啟動(dòng)等均應(yīng)滿足要求。

該系統(tǒng)共有4臺(tái)交流變頻電機(jī)，與電機(jī)之間的力矩平衡通過扭力桿裝置來實(shí)現(xiàn)，可將傾動(dòng)時(shí)的負(fù)載進(jìn)行平均分配。在突發(fā)狀況下，制動(dòng)器可令電機(jī)立即減速，將其裝置在變頻系統(tǒng)內(nèi)，可提高控制的精確度，減少安全事故發(fā)生。了解變頻電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度可為其改進(jìn)提供必要條件，因此常在變流器內(nèi)裝置增量式編碼器，可將位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)脈沖。PLC系統(tǒng)在識(shí)別后，可據(jù)此判斷電機(jī)的運(yùn)行狀況，并予以一定的控制。

3.交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

在選擇調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，如若經(jīng)濟(jì)條件允許，盡量引進(jìn)高新技術(shù)。系統(tǒng)由變頻器、制動(dòng)單元、交流異步電機(jī)、電抗器，以及其他輔助部件組成。尤其是變頻器，作用最為重要。該廠選擇的是采用DTC技術(shù)的ACS800系列變頻器，其接口為PROFIBUS-DP接口，符合國際標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)含量高，可有效地促進(jìn)與上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的連接。同時(shí)其動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越，可順利完成變頻器的調(diào)試工作。而且，它還能夠支持自定義編程，具有較強(qiáng)的個(gè)性化。在實(shí)際應(yīng)用中，通過ACS800變頻器的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)可將輸入電網(wǎng)的三相固定頻率以及電壓轉(zhuǎn)換為變化頻率和變化電壓的三相交流輸出。

3.2 控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐自身質(zhì)量較重，僅靠一臺(tái)變頻電機(jī)，因動(dòng)力有限，難以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐使其穩(wěn)定運(yùn)行。該廠共有4臺(tái)電機(jī)，需要協(xié)同作業(yè)同時(shí)工作。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐傾倒的多段速要求，需保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器具有獨(dú)立性，而為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)，它們又需要同步著力于轉(zhuǎn)爐軸的大齒輪。不然極有可能會(huì)因輸出轉(zhuǎn)矩不同或出現(xiàn)自扭動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸小齒輪遭受破壞，從而致使轉(zhuǎn)爐停止作業(yè)。實(shí)際中情況頗為復(fù)雜，除了電機(jī)性能存在很大差異，加工和安裝的精度也難以控制，以至于電機(jī)同步很難實(shí)現(xiàn)?？紤]到調(diào)速系統(tǒng)以主從控制技術(shù)為主，該廠采用一主三從的方式實(shí)現(xiàn)傾倒系統(tǒng)的控制。

3.3 變頻調(diào)速控制的實(shí)現(xiàn)

承接上面一主三從的控制方式，以4臺(tái)中的某一臺(tái)變頻器作為主機(jī)，則另外3臺(tái)為從機(jī)。通過轉(zhuǎn)矩和速度控制的方法對(duì)主機(jī)加以控制，具體的速度參數(shù)來自于PLC的AO輸出，正反轉(zhuǎn)命令則來自于PLC的DO輸出。從機(jī)則直接接受主機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)定命令，采用ADD模式控制轉(zhuǎn)矩。具體運(yùn)行時(shí)，因傳動(dòng)系統(tǒng)依賴于轉(zhuǎn)矩控制方式才能正常作業(yè)，一旦主從機(jī)產(chǎn)生過大的速度誤差，會(huì)自動(dòng)發(fā)送至速度調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器增加或者減少內(nèi)部轉(zhuǎn)矩，對(duì)速度加以調(diào)節(jié)。主從機(jī)之間過程數(shù)據(jù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)同步交換，并確保其精確度和完整性，為此，主機(jī)在向從機(jī)傳送設(shè)定命令時(shí)，是通過設(shè)備間共用系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍的主從光纖網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)的。

3.4 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)變頻器的軟件控制

實(shí)際轉(zhuǎn)爐操作位置包括爐前、爐前主操作室、爐后機(jī)旁操作室、兌鐵水固定操作臺(tái)等，如果傾動(dòng)在其中一處進(jìn)行，則另外幾處不應(yīng)再進(jìn)行相同的操作。而且，在任何地方進(jìn)行轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)指令操作時(shí)，都要具備幾項(xiàng)基本要求：

①變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)；

②抱閘電源在正常穩(wěn)定的運(yùn)行；

③所有的操作地點(diǎn)均沒有報(bào)警發(fā)出；

④氧槍在等待位或等待位以上并不存在下降的現(xiàn)象。若氧槍冷卻水流量差低于20T，或冷卻水流速在180T/h以及眼罩在上部位置、稀油站正常的情況，在操作之前，務(wù)必要仔細(xì)觀察周圍環(huán)境，確保沒有人員在危險(xiǎn)范圍內(nèi)。然后才能實(shí)施具體的聯(lián)鎖投入或聯(lián)鎖解除按鈕的操作。

4.結(jié)束語

轉(zhuǎn)爐傾倒控制系統(tǒng)在鋼鐵冶金廠生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，但因?yàn)橘|(zhì)量重、負(fù)載大，有很大的控制難度。為實(shí)現(xiàn)精確化控制，常采用交流變頻技術(shù)，尤其是變頻調(diào)速器，不但結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，而且具有較高的精度，可提高系統(tǒng)的安全性。同時(shí)其節(jié)能環(huán)保效果也較為可觀，在煉鋼冶金廠十分適用，值得推廣。

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