干熄焦提升機傳動系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王蕾

（濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司，山東　濟南250101）

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信息化建設(shè)

干熄焦提升機傳動系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王蕾

（濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司，山東濟南250101）

摘要：對干熄焦提升機提升傳動、走行傳動進行改進，開發(fā)了提升機控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)主要包括控制CNET網(wǎng)絡(luò)、傳動CNET網(wǎng)絡(luò)和I/O站的DNET網(wǎng)絡(luò)3部分。該干熄焦提升機傳動裝置安全、可靠、高效運行，將提升機下降時發(fā)電狀態(tài)及制動狀態(tài)的能量通過回饋電網(wǎng)，每年節(jié)省電費50余萬元。

關(guān)鍵詞：干熄焦；提升機；傳動；能量回饋；控制系統(tǒng)

1　前　言

提升機是干熄焦工程最關(guān)鍵的紅焦運輸設(shè)備，運行于提升井架及干熄爐構(gòu)架上，將裝滿紅焦的焦罐從電機車上提升至井頂部，通過走行部分橫移至干熄爐爐頂，與裝入裝置相配合，將紅焦裝入干熄爐內(nèi)，然后將空焦罐返回至提升井下的電機車上。

傳統(tǒng)的提升機傳動系統(tǒng)在安全性、能量回收方面存在問題，為此，結(jié)合先進的控制系統(tǒng)，對提升機傳動進行改進與提升。

2　提升機傳動系統(tǒng)改進

提升機的提升及走形機構(gòu)均由2臺相同功率的變頻電動機作為動力。正常提升及走形時，2臺相同功率的變頻電動機同時工作，當(dāng)任何1臺變頻電動機出現(xiàn)故障時，另外1臺作為緊急運行的動力。

2.1提升傳動部分

干熄焦提升機具有典型的位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性，轉(zhuǎn)矩具有固定的方向，不隨轉(zhuǎn)速的方向改變而改變。不論重物被提升（速度方向向上）或下放（速度方向向下），負載轉(zhuǎn)矩始終為同一方向（轉(zhuǎn)矩方向向下）。顯然，位能性恒轉(zhuǎn)矩負載特性在第一與第四象限內(nèi)，表示恒值特性的直線是連續(xù)的。

根據(jù)提升負載的特性，在傳動主回路設(shè)計中，做了以下4個方面改進：1）提升部分向下運動時，速度方向與負載轉(zhuǎn)矩方向相同，電機處在發(fā)電狀態(tài)，因此大量的位能轉(zhuǎn)化成電能，考慮到節(jié)能因素，提升變頻器選用具有能量回饋功能的Power Flex700L系列的變頻器。2）由于回饋電網(wǎng)的電流存在諧波，為防止對電網(wǎng)造成干擾，在變頻器前端增加了π型濾波裝置。3）為限制電機側(cè)的反射波及電壓變化率對變頻器造成的影響，在變頻器和電機之間增加了出線電抗器。4）考慮到運行精度的要求，增加了增量型編碼器，實現(xiàn)速度閉環(huán)反饋功能。提升機傳動主回路示意圖見圖1。

圖1　提升機傳動主回路示意圖

2.2走行傳動部分

提升機走行傳動部分為普通的感性負載，采用普通的進線電抗器、變頻器、出線電抗器、電機、制動單元的結(jié)構(gòu)。另外，考慮到運行精度的要求，增加了增量型編碼器速度反饋功能。因此，走行傳動部分由進線電抗器、變頻器、出線電抗器、電機、制動單元及增量型編碼器構(gòu)成。

2.3提升機傳動控制

1）提升和走行電機傳動部分均采用帶速度編碼器的閉環(huán)矢量控制方式，實現(xiàn)交流電機的勵磁電流與力矩電流的解耦控制，以達到交流電機的高性能調(diào)速的目的。2）采用固定速度選擇方式，實現(xiàn)變頻器的速度控制。傳動系統(tǒng)速度選擇通過4個中間繼電器實現(xiàn)正方向3個速度和負方向3個速度，共計6個速度的控制。利用格雷碼編寫原理，即任意兩個相鄰數(shù)的代碼只有1位二進制數(shù)不同的編碼。將格雷碼原理應(yīng)用于傳動系統(tǒng)固定速度選擇，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。3）提升傳動部分的抱閘控制，增加了啟動時力矩檢測和停止速度檢測功能，保證提升機系統(tǒng)啟動和停止時安全平穩(wěn)運行。4）根據(jù)機械設(shè)備實際運行情況，變頻器啟停時增加S曲線功能，減小對機械設(shè)備的沖擊，并且為避開機械設(shè)備共振，啟用了跳躍頻率功能，以此延長機械設(shè)備使用壽命。

3　提升機控制系統(tǒng)開發(fā)

采用ControlLogix 1756系列自動化產(chǎn)品作為干熄焦整體控制系統(tǒng)的2個遠程站，見圖2。提升機控制系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：1）控制CNET網(wǎng)絡(luò)，下掛2個提升機PLC遠程站，分別為機上I/O站、機下I/O站；2）傳動CNET網(wǎng)絡(luò)，下掛四套變頻器；3）機上I/O 站DNET網(wǎng)絡(luò)，下掛2個絕對值編碼器。

圖2　提升機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3.1硬件組成

1）提升機的兩個PLC控制站分別為機上I/O站和機下I/O站。機下I/O站的控制柜布置在主控樓PLC控制室，機上I/O站的控制柜布置在提升機司機室內(nèi)。為了確保長距離移動信號通訊的抗干擾性，機上I/O站和機下I/O站通過光電轉(zhuǎn)換，采用冗余光纖進行通訊。2）兩個絕對值編碼器通過DNET網(wǎng)絡(luò)，將編碼器信號采集到PLC控制系統(tǒng)，用于測量提升高度和走行距離，并且與限位開關(guān)一起參與提升機系統(tǒng)的控制。

3.2軟件功能

1）實現(xiàn)提升機主控室自動、機上自動、機上手動、換繩操作4種操作模式。2）提升機鉤開位、焦罐等待位、提升井側(cè)對中位、干熄塔側(cè)對中位、干熄塔側(cè)落到位等5個位置，均可啟動自動循環(huán)程序。3）提升機自動運行過程中無需人為干預(yù)，并能實現(xiàn)異常及故障狀態(tài)退出自動程序。運行過程中實現(xiàn)編碼器和限位開關(guān)同時用于控制，并且允許編碼器切除情況下運行自動程序。4）對傳動系統(tǒng)的變速或停止功能點進行編碼器和限位開關(guān)雙重保護，增加系統(tǒng)故障急停變頻器功能，保證在限位故障條件下，傳動系統(tǒng)可靠安全停止。5）增加PLC發(fā)出指令與變頻器實際動作的校驗功能，防止器件或線路問題引起的誤動作。6）考慮安全性，機上PLC柜通訊實時監(jiān)測功能，機上PLC斷電或通訊異常，整個提升機系統(tǒng)程序?qū)⑼Ｖ惯\行。

4　提升機傳動系統(tǒng)的特點

1）安全性。提升系統(tǒng)的獨有懸停功能，當(dāng)發(fā)生抱閘故障時，無法抱緊，變頻器會自動啟動，保持零速一段時間，然后以低速下降，將焦罐緩慢落下，并報警。2）可靠性。自主開發(fā)了變頻器的編程功能，保證變頻器的可靠性。內(nèi)置devicelogix控制器，可以實現(xiàn)梯形圖或功能塊編程，對于干熄焦項目，變頻器的編程功能主要應(yīng)用于抱閘控制；對于提升機抱閘，如采用常規(guī)的PLC控制，會有PLC掉電、控制繼電器故障、反應(yīng)延遲等諸多隱患，而抱閘直接于變頻器控制，變頻器根據(jù)力矩檢測，進行抱閘控制，杜絕溜罐和延遲打開等現(xiàn)象。3）節(jié)能性。提升機傳動采用的是能量回饋裝置，整流和逆變部分都是采用IGBT元器件。對于電網(wǎng)容量不大，電源質(zhì)量較差的地區(qū)，尤為適合。因變頻器運行過程中會產(chǎn)生大量的高次諧波，變頻器回饋的能量通過電網(wǎng)回饋，節(jié)省了電能、減少了高次諧波，保障了變頻器和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5　結(jié)　語

干熄焦提升機傳動裝置在河北宏奧干熄焦、遷安九江干熄焦等工程中成功應(yīng)用，運行穩(wěn)定可靠，性能卓越，采用具有能量回饋功能的變頻器，將提升機下降時發(fā)電狀態(tài)及制動狀態(tài)的能量通過回饋電網(wǎng)，每年節(jié)省電費50余萬元。

Development and Application of CDQ Elevator Drive System

WANG Lei

（Jigang International Engineering and Technology Co., Ltd., Jinan 250101, China）

Abstract:The hoisting drive, running drive of the CDQ elevator was improved, the elevator control system was developed. The control system included CNET Networks for control, CNET Networks for drive and I/O station DNET network. The successful use of the CDQ elevator drive device can make the CDQ elevator run safely, reliably and effectively and save more than half a million Yuan each year through the power feedback which comes from the generating mode and braking state of the elevator.

Key words:coke dry quenching; elevator; drive; energy feedback; control system

中圖分類號：TH21

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0056-02

收稿日期：2015-11-26

作者簡介：王蕾，女，1969年生，1991年畢業(yè)于包頭鋼鐵學(xué)院電氣自動化專業(yè)?，F(xiàn)為濟鋼國際工程技術(shù)有限公司高級工程師，從事供配電及自動化專業(yè)工程設(shè)計。