周衛(wèi)民 陳志賢

（1.中冶賽迪電氣技術(shù)有限公司自動(dòng)化部，重慶400016；2.寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司，廣東 韶關(guān)512123）

1 工藝過(guò)程

轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)有4臺(tái)交流調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)，通過(guò)剛性連接，實(shí)現(xiàn)4臺(tái)電機(jī)同步啟動(dòng)及制動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)爐旋轉(zhuǎn)。根據(jù)工藝要求，轉(zhuǎn)爐可在0.1～1.0 r／min之間進(jìn)行傾動(dòng)速度調(diào)節(jié)，并在0°～±180°之間旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)爐在冶煉周期內(nèi)，主要的傾動(dòng)過(guò)程為：兌鐵水－加廢鋼－測(cè)溫取樣－出鋼－倒渣。兌鐵水和加廢鋼實(shí)由爐前操作完成，傾動(dòng)角度從0°逐漸變化到45°～90°，使得廢鋼和鐵水可以順利加入到轉(zhuǎn)爐中。測(cè)溫取樣主要由中控室來(lái)操作，傾動(dòng)角度從0°逐漸變化到90°，以便于觀察爐內(nèi)情況和測(cè)溫取樣操作。出鋼通過(guò)爐后臺(tái)操作轉(zhuǎn)爐向爐后傾動(dòng)，傾動(dòng)角度由0°逐漸變化到－101°，使?fàn)t內(nèi)鋼水倒入鋼包后，手動(dòng)操作轉(zhuǎn)爐向零位（垂直位置）傾動(dòng)并停止在零位，該過(guò)程執(zhí)行時(shí)間約5 min，危險(xiǎn)性最大，要求安全性最高。倒渣由爐前操作來(lái)完成，在出鋼完成后，快速搖爐到－180°，以便爐內(nèi)渣倒至渣罐。轉(zhuǎn)爐操作地點(diǎn)的操作權(quán)限由中控室決定。

轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)屬于重載，傾動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，定位精度高，控制難度大。在傾動(dòng)過(guò)程中頻率變化大，4臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一負(fù)載，要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)的同步性和跟隨性都好，故而聯(lián)鎖條件較多，同時(shí)也比較容易出現(xiàn)設(shè)備及人身安全事故。當(dāng)1臺(tái)或者2臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，生產(chǎn)可以繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)有3臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)爐立即停止傾動(dòng)。

2 控制系統(tǒng)組成

自動(dòng)化系統(tǒng)采用Rockwell PLC，控制器采用1756L62，控制信號(hào)通過(guò)1756系列模塊實(shí)現(xiàn)，變頻器通過(guò)Control Net現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)和系統(tǒng)進(jìn)行通信，其典型控制系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)方案

3 Power Flex755變頻器特點(diǎn)

Power Flex755變頻器適用于各種高性能應(yīng)用，特別是需要高速電機(jī)控制性能，安全關(guān)斷功能及多功能集成應(yīng)用的場(chǎng)合，是一個(gè)高能性的解決方案。

外部接口具有多種網(wǎng)絡(luò)通訊能，且通訊選件均為DPI內(nèi)置式。內(nèi)置通訊選件包括 DeviceNet、Control Net、Ether Net／IP、ModbusRTU、Inter Bus、Profibus、RS485 DF1／HVAC、RIO、Lonworks、CAN等多種其他廠商的開放式通訊網(wǎng)絡(luò)適配卡。

保護(hù)功能有過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓、缺相、變頻器過(guò)熱、變頻器過(guò)載、電機(jī)過(guò)載、外部報(bào)警輸入、通用熔斷器熔斷保護(hù)、逆變器出錯(cuò)、輸出短路保護(hù)、輸出接地、瞬間停電保護(hù)等，而且所有參數(shù)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)和故障信號(hào)要求可通過(guò)相應(yīng)接口上傳。

內(nèi)置過(guò)程PI控制器：不需要一個(gè)額外的過(guò)程回路控制，內(nèi)部的過(guò)程PI調(diào)整器具有比例和積分增益調(diào)節(jié)、偏差反向以及輸出限幅等功能。反饋可以組態(tài)成正常的或均方根函數(shù)。內(nèi)置過(guò)程PI控制器在過(guò)程回路中減輕了PLC控制器的負(fù)擔(dān)。

預(yù)先診斷功能：預(yù)先診斷功能幫助用戶降低非正常故障幾率和減少故障處理時(shí)間。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能：能更精確的知道故障發(fā)生的時(shí)間，有利于故障排除。

內(nèi)置DeviceLogix：允許根據(jù)不同運(yùn)用而客戶化變頻器的控制，單機(jī)控制更靈活，通過(guò)變頻器軟件工具進(jìn)行編程。

Power Flex755變頻器可以通過(guò)程序設(shè)置跟蹤影響變頻器冷卻風(fēng)扇和輸出繼電器以及電機(jī)和系統(tǒng)軸承壽命的信息，并提供風(fēng)扇和繼電器壽命的估計(jì)數(shù)據(jù)、客戶電機(jī)和系統(tǒng)軸承壽命的估計(jì)數(shù)據(jù)以及事先警示信號(hào)，以避免非計(jì)劃性停機(jī)。

4 控制方式

根據(jù)傾動(dòng)電機(jī)的特點(diǎn)，考慮到轉(zhuǎn)爐的負(fù)載特性、變頻器的過(guò)載系數(shù)和負(fù)荷平衡，電氣控制系統(tǒng)必須有足夠的啟動(dòng)力矩，以適應(yīng)滿載啟動(dòng)的要求，啟動(dòng)須平穩(wěn)，頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，電氣控制系統(tǒng)在低速甚至零速時(shí)仍需要有較大的力矩輸出。

（1）開抱閘控制方式。在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)松開抱閘前，必須要求電機(jī)能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩，讓轉(zhuǎn)爐在開抱閘后不至于產(chǎn)生回位動(dòng)作和抖動(dòng)，因此系統(tǒng)抱閘松開前需要檢測(cè)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和輸出電流。在達(dá)到了所需要的轉(zhuǎn)矩要求時(shí)，松開抱閘，能保證傾動(dòng)系統(tǒng)比較平穩(wěn)的啟動(dòng)，同時(shí)確保系統(tǒng)的安全性。

（2）關(guān)抱閘控制方式。如果在動(dòng)作過(guò)程中，突然關(guān)閉抱閘，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)爐嚴(yán)重抖動(dòng)。因此在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)關(guān)抱閘的時(shí)候，是在系統(tǒng)速度接近0的時(shí)刻。如果關(guān)早了，電機(jī)遇到阻礙，轉(zhuǎn)矩會(huì)增大，就會(huì)出現(xiàn)電流過(guò)大的情況。如果關(guān)晚了，轉(zhuǎn)爐在速度已經(jīng)為0的情況下，沒有了抱閘的作用，將會(huì)由于重力的作用出現(xiàn)回位動(dòng)作，這是非常危險(xiǎn)的，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和轉(zhuǎn)爐的速度來(lái)進(jìn)行關(guān)抱閘的控制。

（3）為滿足符合平衡的要求，這里考慮采用變頻器主從的控制方式。在4臺(tái)變頻器中，選擇合適的1臺(tái)作為主變頻器進(jìn)行速度控制，另外3臺(tái)作為從變頻器。主變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩作為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，從而確保各變頻器的出力平衡。當(dāng)主變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可設(shè)置另1臺(tái)變頻器作為主變頻器，組成新的主從工作組，按新的主從方式繼續(xù)工作。設(shè)計(jì)中采用Power Flex755變頻器，該變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)精確的電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩控制，具有獨(dú)立控制電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的能力，在零速下仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。該變頻器在工作過(guò)程中的4臺(tái)傾動(dòng)電機(jī)的電流曲線如圖2所示。

圖2 4臺(tái)傾動(dòng)電機(jī)電流曲線

從圖2可以看出，在應(yīng)用該變頻器和上述控制方式后，從變頻器的電流跟隨效果較好，響應(yīng)較快，同時(shí)負(fù)荷比較均勻。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，傾動(dòng)變頻器系統(tǒng)滿足工藝要求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從運(yùn)行效果來(lái)看，系統(tǒng)一直穩(wěn)定可靠運(yùn)行，負(fù)荷平衡效果較好，提高了設(shè)備的使用效率。

［1］張西周.120 t轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)失控事故典型案例分析及措施［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011（16）

［2］周佐良，林海燕.頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)失控事故分析和改進(jìn)措施［J］.設(shè)備管理與維修，2009（2）