轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)負(fù)荷不平衡問(wèn)題及控制策略研究

楊先鋒 舒小燕 韓志華

【摘? 要】文章主要分析了武鋼煉鋼廠100噸轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)，描述了基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)通訊總線和主從控制的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案，望能為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速裝置;同步控制;主從控制

引言

武鋼條材總廠一煉鋼分廠轉(zhuǎn)爐及氧槍直流調(diào)速系統(tǒng)啟用于1998年，因運(yùn)行年限較長(zhǎng)，設(shè)備老化，缺少備件，生產(chǎn)帶來(lái)極大的隱患。為提高運(yùn)行可靠性，提高整體效益，我們對(duì)該轉(zhuǎn)爐驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，采用Allen-Bradley PowerFlex Digital DC Drive系列直流調(diào)速系統(tǒng)替換了原有的1397直流調(diào)速裝置。

1.轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)

1.1轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)備概況

升級(jí)改造的轉(zhuǎn)爐共有兩臺(tái)，均采用4套驅(qū)動(dòng)器分別驅(qū)動(dòng)4臺(tái)電機(jī)。傾動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍±180度，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)至零位、±120°時(shí)自動(dòng)停止（具體角度可在程序中設(shè)定修改）。傳動(dòng)操作要求：1臺(tái)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，允許正常生產(chǎn)。2臺(tái)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，允許本爐生產(chǎn)。3臺(tái)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，不允許生產(chǎn)，只能緊急回零。主從驅(qū)動(dòng)器可以在1、2、3號(hào)驅(qū)動(dòng)器間切換，具有各種安全連鎖，具備緊急停止和緊急回零功能。

1.2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)位置檢測(cè)原理

原氧槍、傾動(dòng)位置檢測(cè)使用旋轉(zhuǎn)主令控制器，氧槍、傾動(dòng)在動(dòng)作的過(guò)程中，通過(guò)減速機(jī)輸出軸上的旋轉(zhuǎn)主令觸發(fā)開(kāi)關(guān)信號(hào)，PLC程序判斷氧槍、傾動(dòng)當(dāng)前所處的大概位置。

升級(jí)后傾動(dòng)位置，通過(guò)絕對(duì)值脈沖編碼器即可直接讀取絕對(duì)位置，計(jì)算出當(dāng)前的傾動(dòng)角度。

2.轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的配置

結(jié)合轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制特點(diǎn)，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)的配置為：（1）PowerFlex Digital DC Drive系列驅(qū)動(dòng)器4臺(tái)。（2）西門(mén)子S7-400系列PLC系統(tǒng)。（3）直流電機(jī)電樞電壓：440VDC，電機(jī)電樞電流：200A，電機(jī)勵(lì)磁電流：8.06A，電機(jī)配有強(qiáng)制冷卻風(fēng)機(jī)和測(cè)速增量型編碼器。

3.電氣傳動(dòng)控制方案

3.1傾動(dòng)控制原理

轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)由4臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分別由4臺(tái)驅(qū)動(dòng)器傳動(dòng)。傾動(dòng)直流裝置原型號(hào)：1397-U265FR-HA2-FS2015 ，含義：U——電壓等級(jí)380/415VAC，265——額定電樞電流265ADC，R—再生運(yùn)行，HA2—帶數(shù)字接口的編程器，F(xiàn)S2—?jiǎng)?lì)磁電流調(diào)節(jié)器。新型號(hào)：20P41AD330RA0NNN，含義：20P—PowerFlex DC，4—4象限運(yùn)行，1—6脈波整流，A—IP20，D—輸入電壓460VAC，330—電樞電流330ADC，R—?jiǎng)?lì)磁回路單相調(diào)節(jié)，A—帶用戶手冊(cè)，0NNN—空白面板，不帶IO擴(kuò)展和訊選件

傳動(dòng)裝置的控制點(diǎn)主要有啟動(dòng)、復(fù)位、運(yùn)行指示、故障指示、電樞電壓指示和電流指示，到PLC的控制點(diǎn)主要有啟動(dòng)、停止、運(yùn)行允許、主從切換、速度給定、電流反饋信號(hào)和速度反饋信號(hào)。

3.2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)主從控制

為使系統(tǒng)性能更穩(wěn)定更可靠，4臺(tái)電機(jī)就必須達(dá)到負(fù)荷平衡和速度同步。電機(jī)之間通過(guò)齒輪剛性連接，電機(jī)之間通過(guò)連接器保持相同的轉(zhuǎn)速。選擇一臺(tái)電機(jī)為主機(jī)，其他電機(jī)為從機(jī)，主、從機(jī)均為速度控制。將運(yùn)行電機(jī)的電流求平均值，經(jīng)負(fù)載PID調(diào)節(jié)后作為從機(jī)附加速度給定。同傳統(tǒng)的控制方式相比，這種使用方式大大提高了系統(tǒng)的性能，有效地消除因電機(jī)在運(yùn)行中同步性不好產(chǎn)生的爐體“點(diǎn)頭”或“搖頭”的現(xiàn)象，控制原理如圖。

3.3傾動(dòng)的制動(dòng)控制技術(shù)

為確保傾動(dòng)機(jī)構(gòu)安全啟動(dòng)和準(zhǔn)確停車(chē)，避免轉(zhuǎn)爐在啟停過(guò)程中失去動(dòng)力出現(xiàn)溜車(chē)事故，采用了再生回饋制動(dòng)和機(jī)械抱閘制動(dòng)二者結(jié)合的方法。

原系統(tǒng)的制動(dòng)方式采用了能耗制動(dòng)，該方式會(huì)破壞機(jī)械設(shè)備，需要經(jīng)常更換抱閘剎車(chē)片。在剎車(chē)片更換不及時(shí)的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)溜車(chē)現(xiàn)象。取消能耗制動(dòng)，選用可回饋的功率器件。當(dāng)由驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)的電機(jī)停機(jī)時(shí)，電機(jī)發(fā)電的電能反饋電網(wǎng)中。再生回饋制動(dòng)是非常有效的節(jié)能方法。

4.結(jié)束語(yǔ)

由上可知，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)的控制以及轉(zhuǎn)爐的制動(dòng)系統(tǒng)能有效確保到生產(chǎn)的安全穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率，控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用能夠?yàn)槲覈?guó)冶金行業(yè)的發(fā)展提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]姬秋華， 韋徵， 王彤， et al. 配電臺(tái)區(qū)三相不平衡治理控制策略研究[J]. 電力電子技術(shù)， 2020， 054（002）：32-34，46.

[2]郁家麟， 肖龍海， 胡舟， et al. 微電網(wǎng)含非線性與不平衡負(fù)荷時(shí)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配策略研究[J]. 電源學(xué)報(bào)， 2020， 018（002）：43-54.

[3]徐永海， 張蒙蒙， 楊依睿，等. 不平衡負(fù)載下四橋臂逆變器雙重準(zhǔn)比例復(fù)數(shù)積分控制策略[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2020， 048（007）：141-150.

[4]劉天虎， 何祖彬， 舒坤茅. 基于配電網(wǎng)低壓臺(tái)區(qū)三相不平衡治理策略研究和應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)裝備， 2020， 000（005）：48-49.