轉(zhuǎn)爐變頻傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用分析

溫海山

【摘 要】唐鋼長(zhǎng)材部轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)采用西門子交流變頻器，由一套西門子S7-400PLC作為主站負(fù)責(zé)外部信號(hào)的采集及與變頻器的通信。本文主要介紹了電控系統(tǒng)的基本組成，系統(tǒng)的配置方案，闡述了為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工藝所做的傳動(dòng)系統(tǒng)的力矩平衡控制，并著重介紹了SIMOLINK在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】主從控制 西門子Sinamics S120變頻器 力矩平衡 SIMOLINK

2014年8月唐鋼長(zhǎng)材部轉(zhuǎn)爐經(jīng)過(guò)安全改造后正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。其轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置采用四點(diǎn)全懸掛扭力桿平衡型式。系統(tǒng)主要組成：四臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一次、二次減速機(jī)，扭力桿平衡裝置等，在每個(gè)電動(dòng)機(jī)軸上安裝1個(gè)編碼器，在傾動(dòng)機(jī)構(gòu)耳軸上安裝1個(gè)編碼器，用于電機(jī)速度和爐體角度的檢測(cè)。共4臺(tái)一次減速機(jī)，各由一臺(tái)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。變頻電機(jī)為湘電萊特電氣有限公司制造，電機(jī)的主要參數(shù)為：額定功率：55kW；電樞電壓：380V；額定轉(zhuǎn)速：580r/min。

1 工藝要求

轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)由4臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)與減速機(jī)采用齒輪剛性連接。按工藝要求，轉(zhuǎn)爐爐體可以作360°傾動(dòng)。正常情況下4臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中1臺(tái)作為主電機(jī)，另外3臺(tái)電機(jī)作為從電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)。同時(shí)將一臺(tái)電機(jī)作為備用主電機(jī)，當(dāng)主電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，選備用主電機(jī)為主，其余2臺(tái)電機(jī)從電機(jī)，繼續(xù)臨時(shí)性生產(chǎn)，當(dāng)有2臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)禁止運(yùn)行。

2 系統(tǒng)配置

根據(jù)近幾年轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況，我們采用4拖4主從控制方式，即4臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用4臺(tái)變頻器1對(duì)1控制，四臺(tái)變頻器之間通過(guò)控制單元CU320組成一個(gè)SIMOLINK網(wǎng)進(jìn)行主從通信。設(shè)置四臺(tái)變頻器編號(hào)為1#-4#，并將1#變頻器設(shè)為主變頻器，2#設(shè)為備用主變頻器，其余兩臺(tái)為從變頻器。正常工作時(shí)選擇1#變頻器為主，其余三臺(tái)為從，當(dāng)1#出現(xiàn)故障時(shí)，可切換到2#變頻器為主，將1#變頻器切除，3#、4#變頻器為從，此時(shí)允許三臺(tái)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)臨時(shí)性工作。當(dāng)有2臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，只能將爐體搖至垂直位，不可再次搖爐。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)共分正反向各三檔速度，由主令控制器控制擋位信號(hào)，速度控制由西門子S120交流變頻器實(shí)現(xiàn)。PLC與變頻器之間采用PROFIBUS-DP網(wǎng)通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主站采用速度閉環(huán)控制方式，由PLC將給定速度發(fā)送至主變頻器，從變頻器采用轉(zhuǎn)矩控制方式，接收來(lái)自主變頻器的轉(zhuǎn)矩給定值，達(dá)到四臺(tái)電機(jī)輸出力矩的平衡，使傾動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 具體控制設(shè)計(jì)方案

3.1 傾動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡控制

我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案中采用控制單元和功率單元一對(duì)一的控制方式，每臺(tái)變頻器的控制單元配置一塊SIMOLINK通訊板，在四個(gè)控制單元（CU320）之間組成SIMOLINK網(wǎng)。硬件配置完成后，對(duì)四臺(tái)變頻器分配站地址及其它參數(shù)，此時(shí)SIMOLINK網(wǎng)絡(luò)就組建完畢，可以正常使用了。在參數(shù)配置中將主站變頻器的參數(shù)P751.2值設(shè)為K165，即主站發(fā)出的第二個(gè)控制字為轉(zhuǎn)矩限幅輸出值，而從站變頻器參數(shù)P486值設(shè)為K7002，即從站給定值來(lái)自于主站的第二個(gè)控制字。這樣就可以實(shí)現(xiàn)從站與主站的轉(zhuǎn)矩平衡控制。

3.2 主從的選擇

整個(gè)傾動(dòng)系統(tǒng)由四套完全獨(dú)立并且相同調(diào)速系統(tǒng)組成，采用一主三從的控制方式。按照工藝要求需要有一臺(tái)備用主變頻器，當(dāng)主變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以選擇備用主變頻器為主，其他兩臺(tái)變頻器為從；當(dāng)一臺(tái)從變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，只需將其切除，就可以繼續(xù)搖爐。即在正常運(yùn)行時(shí)，1#變頻器為主站。在主站出現(xiàn)故障而跳閘時(shí)，2#變頻器選為主站，其它兩個(gè)從站跟隨新的主站。具體設(shè)置：1#變頻器控制單元設(shè)為主站，在2#控制單元內(nèi)我們?cè)O(shè)有主從兩組不同參數(shù)，其余2臺(tái)變頻器設(shè)為從站。通過(guò)主從控制選擇數(shù)字量輸入來(lái)進(jìn)行切換，當(dāng)主從選擇數(shù)字量輸入為1時(shí)，控制單元切換到主參數(shù)進(jìn)行控制，PLC程序內(nèi)通過(guò)邏輯功能判斷，將速度信號(hào)傳送給2#變頻器。當(dāng)主從選擇數(shù)字量輸入為0時(shí)，控制單元切換到從參數(shù)進(jìn)行控制。在正常工作時(shí)，我們?cè)O(shè)定1#變頻器作為主站，將1#變頻器中主從選擇參數(shù)P587設(shè)置為0，即其始終作為主站。在2#變頻器中，將主從選擇參數(shù)P587設(shè)為19，即選擇CUVC板的數(shù)字量輸入5的信號(hào)進(jìn)行主從選擇。數(shù)字量輸入5信號(hào)來(lái)自于PLC控制的一個(gè)外部繼電器。當(dāng)選擇其為主站時(shí)，PLC控制繼電器吸合，CUVC板上的數(shù)字量輸入5的信號(hào)為高電平，該站被設(shè)為主站；當(dāng)選擇其為從站時(shí)，PLC控制繼電器釋放，CUVC板上的數(shù)字量輸入5的信號(hào)為低電平，此時(shí)該站被設(shè)為從站。在四臺(tái)變頻器或電機(jī)都正常工作情況下，1#變頻器為主站，其它三臺(tái)變頻器為從站跟隨其運(yùn)行。當(dāng)1#變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，將2#變頻器選為主站，并將1#變頻器切除，3#、4#變頻器為從站，繼續(xù)跟隨2#變頻器運(yùn)行。當(dāng)3#或4#變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，在HMI畫(huà)面上將其切除即可正常運(yùn)行。

3.3 制動(dòng)控制

根據(jù)轉(zhuǎn)爐工藝的特殊要求，傾動(dòng)控制系統(tǒng)響應(yīng)速度要快，因此對(duì)抱閘的控制成為關(guān)鍵，否則就會(huì)出現(xiàn)溜車或者無(wú)法啟動(dòng)現(xiàn)象。在冶煉的不同階段要求轉(zhuǎn)爐要停在任何位置，也就是說(shuō)要在任何位置都能啟動(dòng)。由于轉(zhuǎn)爐自身重力作用及爐體重心偏下，如果抱閘控制不好，就會(huì)出現(xiàn)鐵水潑灑等嚴(yán)重事故。因此在抱閘控制設(shè)計(jì)時(shí)，我們充分考慮轉(zhuǎn)爐的運(yùn)行特性，采用主變頻器直接控制抱閘制動(dòng)，利用變頻器本身附有的抱閘控制的功能。在主變頻器接收到啟動(dòng)命令后建立電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)達(dá)到30%轉(zhuǎn)矩時(shí)（此值應(yīng)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)爐運(yùn)行情況經(jīng)多次調(diào)試后確定），變頻器輸出抱閘打開(kāi)信號(hào)。打開(kāi)抱閘的電磁轉(zhuǎn)矩閥值由參數(shù)P611設(shè)定。為了降低對(duì)機(jī)械設(shè)備的沖擊，變頻器停止運(yùn)行關(guān)閉抱閘時(shí)，其關(guān)閉信號(hào)也不是立即發(fā)出，而是通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降到額定轉(zhuǎn)速的8%時(shí)（此值也需要反復(fù)運(yùn)行調(diào)試后確定），主變頻器才發(fā)出關(guān)閉抱閘的信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在唐鋼新改造轉(zhuǎn)爐的項(xiàng)目中，西門子Sinamics S120系列變頻器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)非常穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，達(dá)到了預(yù)期的控制目的，滿足工藝使用要求。

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