摘 要：本文介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐傾動裝置中的應用及注意事項，闡述了控制方案和有關(guān)同步、預勵磁、裝置通訊的實現(xiàn)方法。
　　關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐 交流調(diào)速系統(tǒng) 直接轉(zhuǎn)矩控制 PLC DeviceNET
　　1 概述
　　隨著交流變頻控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)得到了廣泛應用，并逐步取代直流傳動系統(tǒng)。特別是在120t轉(zhuǎn)爐傾動裝置傳動系統(tǒng)中，該級別轉(zhuǎn)爐的傾動裝置，國內(nèi)外一直采用直流電動機傳動控制系統(tǒng)。濟鋼120t轉(zhuǎn)爐傾動裝置首次采用交流變頻傳動系統(tǒng)并取得成功。為120t及以上級別轉(zhuǎn)爐傾動傳動交流化提供了寶貴經(jīng)驗。為提高煉鋼自動化水平,降低生產(chǎn)維護成本奠定了基礎(chǔ)。
　　2 轉(zhuǎn)爐傾動工藝設(shè)備概況
　　2.1 工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)
　　濟鋼120t轉(zhuǎn)爐爐殼為全焊接式固定爐底結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)爐托圈為焊接箱形結(jié)構(gòu),其內(nèi)通循環(huán)水冷卻，轉(zhuǎn)爐爐殼與托圈的連接,采用三點支承方式，此結(jié)構(gòu)既能有效地在360?范圍內(nèi)支承爐殼又可適應爐殼的熱膨脹。傾動裝置采用全懸掛扭力桿平衡型式。由以下幾部分組成:驅(qū)動電動機、一次減速機、二次減速機、扭力桿平衡裝置和潤滑裝置等。扭力桿平衡裝置是平衡轉(zhuǎn)爐傾動時引起懸掛減速機（二次減速機）殼體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)力矩平衡裝置，通過扭力桿扭轉(zhuǎn)來吸收扭矩并將扭矩轉(zhuǎn)化為垂直的拉力和壓力，通過扭力桿軸的固定軸承座和浮動軸承座傳遞到基礎(chǔ)上,由于拉力和壓力使扭力桿形成相反的扭矩,從而導致產(chǎn)生了吸收傾動力矩的效果。
　　轉(zhuǎn)爐傾動采用全正力矩方式,即轉(zhuǎn)爐傾動到任一角度時都保證是正力矩，確保轉(zhuǎn)爐在360?回轉(zhuǎn)過程中都是正力矩,事故斷電時,轉(zhuǎn)爐能夠以自身重力自動返回垂直位置,從而排除翻爐潑鋼事故的發(fā)生。轉(zhuǎn)爐傾動驅(qū)動系統(tǒng)主要工藝設(shè)備參數(shù):
　　轉(zhuǎn)爐容量：125t 最大：135t
　　最大傾動力矩：300T.m
　　轉(zhuǎn)爐折算到電動機軸上的最大轉(zhuǎn)動慣量：675kg.m2
　　機械齒輪速比：523
　　額定轉(zhuǎn)矩：1700N.m
　　最大力矩倍數(shù)：Mcr/Me = 2.9
　　傾動速度： 0.13-1.3 r/min
　　傾動角度： 0-360?
　　加速時間：4S
　　變頻電動機：4臺 132KW YZP355S-8 AC380V 735r/min
　　電動機冷卻方式：強迫風冷
　　傾動電動機附編碼器： 1024P/R DC24V
　　傾動位置接近開關(guān)：4個
　　傾動裝置制動器：YTD-2000/60
　　制動器電動機：4臺0.55KW AC380V
　　轉(zhuǎn)爐托圈耳軸端部編碼器: 3600P/R DC24V
　　2.2工藝控制要求
　　120t轉(zhuǎn)爐傾動機械設(shè)備采用4臺交流變頻電動機驅(qū)動，4臺電動機采用4點嚙合全懸掛形式，通過扭力桿裝置進行力矩平衡。
　　轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)的基本要求為:
　?。?）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0.13～1.3r/min之間進行傾動速度調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)爐可以做±360°旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)爐傾動時4臺電動機負載應相同。
　?。?）當一臺電動機發(fā)生故障,而轉(zhuǎn)爐正處于吹煉狀態(tài),則剩余3臺電動機降速運行維持該爐鋼煉完,此時轉(zhuǎn)爐速度控制在0.14～0.8r/min。
　?。?）當轉(zhuǎn)爐正在出鋼、出渣時,交流電源系統(tǒng)發(fā)生停電故障,此時利用UPS電源將4臺制動器打開,轉(zhuǎn)爐依靠自重復位, 轉(zhuǎn)爐處于安全位置。
　　（4）當轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)塌爐等事故時,傾動機械的機電設(shè)備能短時過載,轉(zhuǎn)爐以0.13r/min速度旋轉(zhuǎn),傾動轉(zhuǎn)爐倒出爐內(nèi)裝盛物,然后進行事故處理。
　　（5）轉(zhuǎn)爐為全正力矩設(shè)計,即在整個工作傾動角度內(nèi)由0°～士180°方向傾動均為正力矩。
　?。?）電力系統(tǒng)應能記憶煉上一爐鋼時,轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動0～180°的電動機參數(shù),如電壓、電流轉(zhuǎn)矩等,本爐次轉(zhuǎn)爐冶煉時,應將電動機當前參數(shù)與上一爐鋼轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動時的電動機參數(shù)進行對比,如果誤差超過10%則報警,操作工人應立即檢查設(shè)備是否故障。
　?。?）為防止電動機突然啟動對設(shè)備的沖擊,轉(zhuǎn)爐開始傾動時電動機轉(zhuǎn)速應從零開始逐漸加速,從零到正常速度的加速時間是4S。
　?。?）由于制動器制動力矩較大,為了防止制動時對設(shè)備的沖擊,轉(zhuǎn)爐制動時應先通過能耗制動將電動機減速,當轉(zhuǎn)爐傾動速度接近零時,制動器失電制動,制動時間為4S。
　　（9）在現(xiàn)場操作臺和CRT上設(shè)置故障報警燈,顯示轉(zhuǎn)爐稀油潤滑系統(tǒng)是否正常,稀油站的故障信號包括油位低、油壓低及油溫高,三種故障信號合成一個"給油異常"信號,當此信號燈亮時,操作工人應立即檢查及排除稀油站故障。
　?。?0）轉(zhuǎn)爐在零位時如果電動機的驅(qū)動力矩大于700Nm,則報警,操作工人應及時檢查制動器是否出現(xiàn)故障。
　?。?1）如果電動機最大驅(qū)動力矩大于1800Nm10秒以上則報警,此時表示電動機超負荷工作,檢查機械系統(tǒng),有故障立即排除。
　?。?2）轉(zhuǎn)爐正常操作時,電動機驅(qū)動力矩不得大于2290Nm。
　　（13）轉(zhuǎn)爐傾動時必需選擇3臺以上電動機工作才能操作,如果選擇2臺及以下時則報警。
　　轉(zhuǎn)爐冶煉工藝過程轉(zhuǎn)動角度及速度控制范圍要求見表1
　　3 電氣傳動控制系統(tǒng)方案
　　3.1交、直流電動機傳動控制方案的技術(shù)性能比較
　　120t轉(zhuǎn)爐傾動裝置驅(qū)動電動機，國內(nèi)外以往一直采用直流電動機，隨著交流變頻控制技術(shù)的發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)得到了廣泛應用，并逐步取代直流傳動控制系統(tǒng)。在濟鋼120t轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)設(shè)計階段，我們對兩種方案進行了詳細的技術(shù)調(diào)查及性能比較。
3.1交、直流電動機傳動控制方案的技術(shù)性能比較
　　120t轉(zhuǎn)爐傾動裝置驅(qū)動電動機，國內(nèi)外以往一直采用直流電動機，隨著交流變頻控制技術(shù)的發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)得到了廣泛應用，并逐步取代直流傳動控制系統(tǒng)。在濟鋼120t轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)設(shè)計階段，我們對兩種方案進行了詳細的技術(shù)調(diào)查及性能比較。
　　1）交、直流電動機傳動控制方案的技術(shù)性能比較　　
　　
　　通過以上技術(shù)性能和電動機機械特性比較,采用交流電動機傳動，電動機及變頻裝置的選擇應注意以下兩點：
　　1） 交流電動機
　　 電動機功率應足夠大，Pe-ac≥1.2Pe-dc
　　Pe-ac: 交流電動機額定功率
　　Pe-dc: 直流電動機額定功率
　　 電動機過力矩能力應足夠大,Mmax=0.75Mcr≥1.2Mjmax,
　　應選擇Mcr=2.8～3.0Mn的電動機，以避開上圖所示的轉(zhuǎn)速顛覆區(qū)。
　　 電動機型式：變頻，帶強迫冷卻風機
　　2） 變頻傳動裝置
　　 應采用矢量變換型并具有低頻力矩補償功能的變頻傳動裝置。
　　 變頻傳動裝置應具有電動機勵磁預置特殊功能
　　 變頻傳動裝置應具有足夠大的過載能力，滿足Ivfmax≥2Ide,1min。
　　 變頻傳動裝置制動方式：為適應轉(zhuǎn)爐工作區(qū)間內(nèi)力矩波動大的狀況，實現(xiàn)均勻加減速，克服機械設(shè)備的扭力振動，提高轉(zhuǎn)爐停車的穩(wěn)定性，理論上采用回饋制動方式較理想，但考慮到變頻裝置回饋制動單元長期頻繁運行，易發(fā)生逆變顛覆，造成系統(tǒng)停機。因此，為保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行，采用傳統(tǒng)的能耗制動方式。
　　3.2 交流電動機的力矩校驗
　　濟鋼120t轉(zhuǎn)爐傾動裝置驅(qū)動電動機技術(shù)數(shù)據(jù)如下：
　　電動機型號：YZP355S-8
　　電動機功率：132Kw
　　額定轉(zhuǎn)速：735 r/min
　　額定電壓/電流：380V/270A
　　額定轉(zhuǎn)矩：1700Nm
　　最大力矩倍數(shù)：Mcr/Me=3.0
　　冷卻方式：強迫風冷
　　1） 力矩校驗基本計算
　　 電動機額定轉(zhuǎn)矩：1700Nm
　　 折算到電機軸上總負載力矩：
　　Miz=260＊103/551/0.92=5130（Nm）
　　單電機軸上負載力矩:
　　4臺工作：Mi4=5130/4=1283（Nm）
　　3臺工作：Mi4=5130/3=1710（Nm）
　　 折算到電機軸上總加速力矩：
　　Mjz=657＊735/375/4=3220（Nm）
　　單電機軸上加速力矩:
　　4臺工作：Mj4=3220/4=805（Nm）
　　3臺工作：Mi4=3220/3=1073（Nm）
　　2） 校驗計算結(jié)果　　
　　注：表中的計算是以電動機的額定力矩Me為基準。該型號電動機的正常過載能力（S3）為200%Me，60S; 非常過載能力為220%Me，15S。表中最大動態(tài)力矩系數(shù)1.1,是考慮到電動機負載的不平衡性而確定的。塌爐力矩系數(shù)2.5,是根據(jù)工藝給出的估算值。

　　3.3 電氣傳動控制系統(tǒng)方案
　　根據(jù)以上的分析計算及工藝控制要求, 濟鋼120t轉(zhuǎn)爐傾動裝置電氣傳動控制系統(tǒng)選用4套羅克韋爾公司的直接轉(zhuǎn)矩控制變頻裝置（型號：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：224kW）,傾動主回路采用4臺電動機一對一的結(jié)構(gòu)，即4套變頻裝置控制4臺電動機，以便提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
　　該系統(tǒng)帶編碼器速度反饋；通過設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）與PLC通訊；具有兩倍的過載能力，1分鐘的條件；采用能耗制動方式；具有低頻力矩補償功能，電動機勵磁預置功能和力矩電流平衡等功能，控制電源采用UPS供電,能夠滿足傾動設(shè)備的力矩控制要求。
　　見圖2：傾動裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖