高爐主卷?yè)P(yáng)雙電機(jī)拖動(dòng)的應(yīng)用

郭億祥，王忠連

（廣東韶鋼松山股份有限公司煉鐵廠，廣東 韶關(guān) 512123）

高爐冶煉原料必須通過(guò)主卷?yè)P(yáng)料車輸送到爐缸內(nèi)，主卷?yè)P(yáng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行與高爐的正常生產(chǎn)息息相關(guān)，主卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障將極大地影響整座高爐的生產(chǎn)。在韶鋼1080m3高爐上料主卷?yè)P(yáng)采用雙電機(jī)拖動(dòng)、變頻控制、無(wú)速度編碼器反饋的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，自2016年投用以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定。

1 電氣控制原理

1.1 料車卷?yè)P(yáng)的結(jié)構(gòu)

料車使用兩臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)減速箱，減速箱帶動(dòng)一個(gè)繩輪拉動(dòng)小車在斜軌上運(yùn)行。當(dāng)一個(gè)上車裝料上行時(shí)，另一個(gè)小車空車下行，卷?yè)P(yáng)工作時(shí)無(wú)空行程。

1.2 電氣組成

變頻器采用二用一備，工作時(shí)兩臺(tái)在用的變頻器一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。第三臺(tái)變頻器作為備用，可通過(guò)接觸器的切換投入。變頻器有三種組合方式。如圖1電氣控制原理圖。用于位置檢測(cè)的主令控制器與料車?yán)K輪同軸，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)，料車到達(dá)固定位置時(shí)，主令點(diǎn)動(dòng)作信號(hào)送PLC，由PLC控制變頻器起/停及加/減速；同時(shí)，在減速機(jī)的另一側(cè)（與繩輪同軸）安裝一臺(tái)絕對(duì)式編碼器，實(shí)時(shí)傳輸位置數(shù)據(jù)，通過(guò)換算成小車的行程位置，工作時(shí)，編碼器檢測(cè)的點(diǎn)與主令控制器的主令點(diǎn)并聯(lián)使用。

2 控制方式

2.1 主/從控制原理

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是雙電機(jī)拖動(dòng)，要求電機(jī)輸出力矩同步，保證減速箱的兩個(gè)主動(dòng)軸出力一致。料車平穩(wěn)加/減速，料車起動(dòng)/停止時(shí)減小對(duì)減速箱的沖擊。設(shè)計(jì)時(shí)考慮3種組合：1主2從，2主3從，3主1從。采用主/從控制，主變頻器采用速度控制，從變頻器采用電流控制。以組合1主2從為例:當(dāng)選中本組合時(shí)，1號(hào)變頻器做為主變頻器采用速度控制，PLC根據(jù)料車的位置輸出速度選擇的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，變頻器通過(guò)數(shù)字端子輸入選擇內(nèi)部預(yù)設(shè)固定頻率（6Hz/20Hz/50Hz）。2號(hào)變頻器做為從變頻器采用電流控制，電流的大小由1號(hào)變頻器實(shí)時(shí)給定，通過(guò)模擬量硬接線實(shí)現(xiàn)控制，從變頻器只實(shí)現(xiàn)力矩跟隨，保證與主變頻器出力一致。起/停機(jī)命令由PLC同時(shí)給到兩臺(tái)變頻器。如圖2主/從控制原理圖。

圖1 電氣控制原理圖

圖2 主/從控制原理

2.2 速度控制時(shí)序

動(dòng)作時(shí)序：自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出料車1上行命令，同時(shí)，輸出變頻器的起動(dòng)速度6Hz（變頻器數(shù)字端子輸入），變頻器由0Hz開(kāi)始加速，PLC根據(jù)變頻器輸出電流值判斷力矩達(dá)值打開(kāi)機(jī)械抱閘，料車上行；5s后，料車從6Hz開(kāi)始第二次加速到50Hz運(yùn)行；隨著繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，主令控制器第一次減速主令點(diǎn)斷開(kāi)信號(hào)至PLC，由PLC發(fā)出第一次減速指令（20Hz），電機(jī)減速運(yùn)行；當(dāng)主令控制器的第二次減速斷開(kāi)時(shí)，PLC發(fā)出第二次減速指令（6Hz），變頻器第二次減速；當(dāng)主令控制器的停車點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，料車達(dá)到終點(diǎn)，PLC發(fā)出停機(jī)指令、變頻器封鎖輸出，同時(shí)，關(guān)閉機(jī)械抱閘，料車l送料完畢。料車2重復(fù)如上過(guò)程（料車2上行時(shí)料車1的主令點(diǎn)自動(dòng)復(fù)位），見(jiàn)圖3。

圖3 料車速度控制時(shí)序

2.3 從機(jī)的跟隨

從變頻器采用電流控制，電流值由主變頻器實(shí)時(shí)給定，始終保持輸出力矩與主變頻器一致。

2.4 制動(dòng)時(shí)的能量消耗

變頻器自配制動(dòng)單元，系統(tǒng)外置制動(dòng)電阻。主變頻器為速度控制，當(dāng)變頻器減速、停止時(shí)，電機(jī)回饋的能量由外置制動(dòng)電阻消耗。從變頻器為電流控制，停止時(shí)自由停車，無(wú)能量回饋。

3 控制的保護(hù)措施

3.1 位置保護(hù)

在卷?yè)P(yáng)繩輪同軸安裝一只總線型（PROFBUS DP）絕對(duì)式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算判斷小車的實(shí)時(shí)位置，與主令控制器并聯(lián)工作，設(shè)超極限位，與主令控制器極限點(diǎn)同時(shí)保護(hù)，防止料車“沖頂”事故的發(fā)生。

3.2 關(guān)于速度的保護(hù)控制

通過(guò)絕對(duì)式編碼器的實(shí)時(shí)值計(jì)算料車的實(shí)時(shí)速度，完成料車在各個(gè)位置的保護(hù)。主要的保護(hù)有超速保護(hù)、低速檢查，反向保護(hù)，同向保護(hù)。

（1）超速保護(hù)。料車運(yùn)行中，PLC根據(jù)編碼器測(cè)得的料車實(shí)時(shí)速度，全程不得超過(guò)最高速度（即不超過(guò)變頻器輸出50Hz時(shí)的料車速度），一但超速，PLC立即輸出急停信號(hào)關(guān)閉變頻器、關(guān)閉機(jī)械抱閘，并輸出故障提示信號(hào)。

（2）低速檢查。當(dāng)料車到達(dá)低速區(qū)時(shí)，檢查料車是否在低速運(yùn)行。若否，立即停止變頻器輸出，抱閘制動(dòng)。若是，檢查通過(guò)繼續(xù)運(yùn)行。

（3）防止當(dāng)料車在任一位置電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出的起動(dòng)力矩不能克服料車重力，形成重料車下滑，輕料車“沖頂”的故障。PLC根據(jù)測(cè)得的料車實(shí)際速度方向，判斷料車運(yùn)行方向是否正確，若發(fā)的指令是料車向上運(yùn)行，測(cè)得的料車實(shí)際方向是相反的，立即停車。

（4）同向保護(hù)。當(dāng)料車運(yùn)行到斜橋中間部位因故停車，重新起動(dòng)時(shí)，防止重車反方向開(kāi)車，致使料車重裝料滿出。同向保護(hù)是料車起動(dòng)后，必須到頂方可允許另一個(gè)方向開(kāi)車。

3.3 防止掛車

料車起動(dòng)時(shí)以6HZ低速運(yùn)行，以便另一個(gè)空料車平穩(wěn)下降到料軌上，防止“掛車”故障。

3.4 制動(dòng)

料車運(yùn)行時(shí)，在用的變頻器自身故障、PLC采集的綜合故障發(fā)生時(shí)，立即強(qiáng)制關(guān)閉機(jī)械抱閘，以防止事故發(fā)生。

4 系統(tǒng)的特點(diǎn)及調(diào)試過(guò)程的問(wèn)題

4.1 變頻器的選型

考慮該系統(tǒng)的特點(diǎn)，變頻器至電機(jī)的動(dòng)力線路較長(zhǎng)（180米）變頻器選配400kW，電機(jī)選配220kW。由于作為速度控制的主變頻器加/減速時(shí)有再生能量，故選配變頻器內(nèi)置制動(dòng)單元和外置制動(dòng)電阻。3臺(tái)變頻器參數(shù)設(shè)定、控制端子接線一樣，維護(hù)、調(diào)試方便。

4.2 編碼器的選型

變頻器選擇開(kāi)環(huán)控制，無(wú)速度反饋，降低了故障率。位置檢測(cè)用的絕對(duì)式編碼器安裝在卷?yè)P(yáng)繩輪同軸上，速度低、沖擊小。更換料車鋼絲繩時(shí)，固定一個(gè)料車到底時(shí)對(duì)編碼器清零，調(diào)試方便。

4.3 防止“掛車”保護(hù)

調(diào)試時(shí)原設(shè)計(jì)為料車直接由0Hz加速到50Hz。但出現(xiàn)“掛車”的現(xiàn)象，鋼絲繩出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)。故在料車起動(dòng)時(shí)，增加以6Hz低速運(yùn)行段，以便另一個(gè)空料車平穩(wěn)下降到料軌上，防止“掛車”故障發(fā)生。

4.4 起動(dòng)時(shí)制動(dòng)器的打開(kāi)時(shí)機(jī)

在變頻器起動(dòng)時(shí)，為防止變頻器低頻起動(dòng)力矩偏小，不足以克服重料車重力而下滑，PLC通過(guò)變頻器反饋的電流信號(hào)判斷電機(jī)力矩達(dá)是否達(dá)值（力矩值設(shè)定按料車裝滿最重料的值為準(zhǔn)），且經(jīng)過(guò)0.3s延時(shí)后，PLC方能打開(kāi)抱閘，從而防止料車起動(dòng)時(shí)重料車下滑.

4.5 主從跟隨

雙電機(jī)拖動(dòng)的最重要問(wèn)題是兩個(gè)電機(jī)出力一致，料車在軌道上加減速平滑。主變頻器速度控制，要求從變頻器控制的電機(jī)輸出力矩保持與主變頻器控制的電機(jī)同步。調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)從電機(jī)出力太慢而造成主變頻器過(guò)載跳閘，修改了從變頻器的動(dòng)態(tài)跟隨參數(shù)后，從變頻器輸出力矩明顯加快，從而保證了兩臺(tái)電機(jī)出力同步，實(shí)現(xiàn)了主從跟隨。