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。
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。
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。
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
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開始加速,PLC根據(jù)變頻器輸出電流值判斷力矩達(dá)值打開機(jī)械抱閘,料車上行;5s后,料車從6Hz開始第二次加速到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),見圖3。
圖3 料車速度控制時(shí)序
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。
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。
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。
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。
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。
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。
變頻器選擇開環(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。
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。
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方能打開抱閘,從而防止料車起動(dòng)時(shí)重料車下滑.
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。