摘 要 本文詳細論述了濟鋼120t轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)的原理
關(guān)鍵詞 變頻器 主/從控制 轉(zhuǎn)矩控制
The System of NO.1 Tilting Equipment of No.3 Steel Making Plant in JiNan Iron &Steel Group.
DingYanPing HanJiJin
(Automation Department of JiNan Iron &Steel Group)
Abstract The Principle of the control system of the 120t BOF tilting equipment was detailedly discussed in JiNan Iron &Steel Group.
Keywords Converter ; Main/Slave Control ; Torque control

一、 前言
為了適應日益激烈的市場競爭，許多鋼廠都在爭相建設新的生產(chǎn)線，濟鋼根據(jù)鋼鐵市場的形勢和今后的發(fā)展結(jié)合產(chǎn)品的調(diào)整而新建了一座煉鋼廠，其關(guān)鍵設備120噸頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)，以往由于所要求的電動機速度和轉(zhuǎn)矩控制精度較高，一直是采用直流電動機驅(qū)動的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。隨著近幾年交流技術(shù)的不斷發(fā)展，其控制水平達到并超過傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能要求,且變頻器在零速時仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。三煉鋼廠這次就是使用美國A-B公司生產(chǎn)的具有精確轉(zhuǎn)矩技術(shù)的IMPACT系列變頻器。
二、 系統(tǒng)的工藝要求
1、120t轉(zhuǎn)爐的傾動機械設備采用4臺交流變頻電動機驅(qū)動，4臺電動機采用4點齒合全懸掛形式，通過扭力桿裝置進行力矩平衡。
2、4臺電動機同步啟動、制動及同步運行。根據(jù)要求轉(zhuǎn)爐可以在0.13~1.30rpm之間進行傾動速度調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐可以作±360°旋轉(zhuǎn)。
3、當1臺電動機發(fā)生故障，剩余3臺電動機繼續(xù)正常運行，此時轉(zhuǎn)爐速度控制在0.13~0.8rpm之間。
三、 系統(tǒng)的配置圖及電氣參數(shù)
1、交流變頻電動機型號：YZP355S-8-132KW；轉(zhuǎn)速：740rpm；額定電壓：380V；額定電流：250A；額定轉(zhuǎn)矩：1700N.m；起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：2.0；最大力矩倍數(shù)：3.0
2、變頻器型號：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：220kw；具有DeviceNet接口，采用編碼器速度反饋，其型號為TURCK 8.5823.1831.1024；
3、 PLC型號: QUANTUM 140 CPU 534 14 ,主機熱備，與氧槍系統(tǒng)和本體輔機系統(tǒng)共用。
4、托圈編碼器型號：TURCK 8.5826.1831.3600.
5、應用軟件：CONCEPT 2.5、MP7、RSLinxv2.4、 RSNetworkforDNET。


四、 系統(tǒng)功能簡介：
（一）、變頻器部分
先簡單的介紹一下恒轉(zhuǎn)矩模式下變頻器的基本原理：
由于異步電動機的轉(zhuǎn)速n=[(60f1)/p](1-s)，當轉(zhuǎn)差率變化不大時，n 基本上正比于f1，變頻調(diào)速時，為了使勵磁電流和功率因數(shù)保持不變。則希望磁通φ也保持不變。由定子電路的電動勢方程式可見，在忽略定子漏阻抗的情況下，得
UX≈EX=4.44f1W1kW1φ
為了在f1/變化是φ保持不變，則由上式可見UX / f1必須為定值，即UX必須與f1成比例地變化。
對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如果變頻器裝置保證UX隨f1成比例地變化，則可保證在頻率變化過程中電動機具有同樣的過載能力，在f1相對較高時，根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)矩公式得
T≈C(UX/f1)2
C為常數(shù)，C=（m1p）/[8π2(L1+L2’)]
由于Tm=KTTN,得Tm=C(UX2/KTf12)
因此，如頻率變化為定子相電壓、額定轉(zhuǎn)矩及過KT載倍數(shù)相應的變?yōu)閁X’、TN’、KT’則頻率變化前后額定轉(zhuǎn)矩之比為

為使頻率變化前后電動機具有同樣的過載能力，即KT’=TN，則定子電壓應根據(jù)下列規(guī)律來調(diào)節(jié)。

對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，TN’=TN，,因此 =定值
由此可見，恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，如能保持 UX/f1=定值,則可保證調(diào)速過程中電動機的過載能力基本不變,同時可滿足磁通φ基本不變的要求．
本系統(tǒng)的具體控制方式如下：
1、 電機采用變頻器一對一控制，變頻器與PLC之間采用網(wǎng)絡及I/O進行通訊，在傾動變頻調(diào)速柜中，為了抑制電源側(cè)過壓，減少電流畸變，在變頻器輸入側(cè)配有進線電抗器。
2、四象限運行。變頻器能工作在正向出力、正向制動、反向出力、反向制動四種工作狀態(tài)。
3、主/從控制功能（速度/轉(zhuǎn)矩控制）。由于IMPACT變頻器采用了磁場定向控制技術(shù)，可獨立控制交流電動機的磁通量和轉(zhuǎn)矩電流，實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩和速度控制。所采用的FORCE技術(shù)應用了專利型的、頻寬的電流調(diào)節(jié)器技術(shù)，加上自適應的控制器，可以對電動機的磁通量和轉(zhuǎn)矩進行分離和控制，很好地實現(xiàn)了系統(tǒng)的主/從控制要求。如圖二所示。
在HMI上任選四臺變頻器中有一臺為主，PLC將其68號參數(shù)置1，進行速度控制（68號參數(shù)選擇1），另外三臺設為從（68號參數(shù)置2），主變頻器的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號參數(shù)）為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定（69號參數(shù)）進行轉(zhuǎn)矩控制。當一臺從變頻器出故障時，主變頻器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號參數(shù)）信號給另外兩臺從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進行轉(zhuǎn)矩控制。當主變頻器出故障時，HMI上會有故障顯示，系統(tǒng)自動封鎖，如果變頻器的故障無法復位，可在HMI上另選一臺為主，PLC將該變頻器中的68號參數(shù)賦值1，變?yōu)樗俣瓤刂疲ㄊ蛊渥優(yōu)橹髯冾l器），其內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號參數(shù)）信號作為另外兩臺變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進行轉(zhuǎn)矩控制。
采用編碼器反饋，1336IMPACT變頻器調(diào)速范圍為1000：1，調(diào)速精度最高可達+/-0.001%，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%，性能達到并超過大功率直流調(diào)速器。




4、零速滿轉(zhuǎn)矩功能。由于采用FORCE技術(shù)，在全調(diào)速范圍內(nèi)可直接控制轉(zhuǎn)矩，具有低頻力矩補償功能，包括如圖四所示零速滿轉(zhuǎn)矩。


5、此外還具有電動機勵磁預置功能和力矩電流平衡功能;兩倍的過載能力，1分鐘的條件等；滿足了傾動設備的力矩控制要求。。
6、GM6使變頻器通過設備網(wǎng)（DeviceNet）與PLC通訊，具體如圖五所示。


（二）、系統(tǒng)控制程序?qū)崿F(xiàn)的功能:
1、 裝料操作臺、出鋼操作臺、出渣操作臺三地互鎖，一地操作，其他兩地無法操作。
2、 當外部聯(lián)鎖條件不允許時，自動封鎖系統(tǒng)。
3、 只有選擇了三臺以上電機，才允許系統(tǒng)運行。四臺的運行速度為0.13~1.30rpm，三臺的運行速度為0.13~0.8rpm。
4、 實現(xiàn)系統(tǒng)的主/從切換、電機的預勵磁、運行等控制。
5、 為了增加操作工人的可靠性，無論何種模式運行，轉(zhuǎn)爐接近零位時自動減速停止在零位,離開零位要重新推出主令，電機方可運行。
6、 實時顯示轉(zhuǎn)爐的傾動角度，當監(jiān)控到托圈編碼器出現(xiàn)故障時，自動在上位報警，提示操作人員。
7、 實時顯示四臺傾動電機的電流、頻率值，并自動對特定角度下電機的電流、電壓、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)進行比較，超出范圍時，及時報警。
8、 系統(tǒng)的基本保護措施: 傾動系統(tǒng)選擇主；運行過程中主電機必須運行；相應的操作臺選擇本地；外部聯(lián)鎖條件正常（氧槍在待吹位以上，活動煙罩在上限，活動煙罩不在下限，稀油潤滑正常，副槍不在檢測位）；無傾動系統(tǒng)綜合故障（選擇3臺以上傾動電機入；相應的變頻器主電源投入；電動機風機運行；選擇的變頻器無故障，且必須切入；傾動控制UPS電源正常；傾動操作電源合；傾動操作電源正常；傾動抱閘電源正常）；HMI設定：傾動系統(tǒng)為生產(chǎn)方式、傾動“系統(tǒng)啟動”、沒有選擇“系統(tǒng)停止”、及“系統(tǒng)休止”；操作臺沒有按下非常停止指令。
9、 為了防止電機點頭及下滑，主令離開零位1秒內(nèi)必須有三臺以上電機運行，且主令離開零位給定大于一定值才能發(fā)出運行信號。
10、為了保證設備的安全運行，如果轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)以下情況必須報警：
（1）在零位時電動機的驅(qū)動力矩大于700Nm
（2）電動機最大驅(qū)動力矩大于1800Nm10秒以上
（3）轉(zhuǎn)爐正常操作時,電動機驅(qū)動力矩大于2290Nm。
由于變頻器采用了FORCE技術(shù)系統(tǒng)滿足恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，磁通φ基本不變，只要φ不變，則根據(jù)
，
可知轉(zhuǎn)矩與力矩電流分量成正比，知道了電機的額定電流和轉(zhuǎn)矩及任一時刻的電流值即可求出其轉(zhuǎn)矩，即：

五、 結(jié)束語
三煉鋼自2003年3月1日投產(chǎn)后，其傾動系統(tǒng)運行一直正常，由于種種原因，原設計的正力矩轉(zhuǎn)爐，實際是負轉(zhuǎn)矩，給傾動系統(tǒng)控制的安全性增加了一定的難度。為了增加系統(tǒng)的可靠性，我們采取了許多措施：如在抱閘回路中增加了一些控制節(jié)點等。總之，隨著運行時間的加長我們會對系統(tǒng)進行進一步的完善,使其運行更加安全、可靠。