變頻器在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)中的應(yīng)用 (1)

關(guān)鍵字：變頻器 轉(zhuǎn)爐 電力傳動(dòng)
　　1 轉(zhuǎn)爐傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)
　　轉(zhuǎn)爐設(shè)備是煉鋼廠的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，其爐體外形如圖1示。轉(zhuǎn)爐像一個(gè)“掛著的水桶”。轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要電力傳動(dòng)設(shè)備包括爐體傾動(dòng)的電力傳動(dòng)設(shè)備及氧槍傳動(dòng)的電力控制設(shè)備。下面介紹爐體傾動(dòng)的電力傳動(dòng)設(shè)備。
 
　　
 
　　在大中型轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中，爐體傾動(dòng)部分一般采用四臺(tái)傾動(dòng)電機(jī)，通過減速機(jī)剛性連接，并采用全懸掛固定方式和扭力矩吸收方式。
　　煉鋼廠轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中，需對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置進(jìn)行頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)及加減速操作，所以對(duì)傾動(dòng)裝置的控制精度及系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間有很高的要求。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載特性及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析如下：
　　根據(jù)轉(zhuǎn)爐控制工藝要求，轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)角度為正反360°，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐口與爐底方向軸線與地平面垂直時(shí)為垂直狀態(tài)，故轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載力矩為角度的函數(shù)，即Tfz＝f（θ），屬于反阻性的位能負(fù)載。另外，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)說明，轉(zhuǎn)爐按正力矩設(shè)計(jì)，即轉(zhuǎn)爐的耳軸下部比上部高，下部比上部重，從而保證轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的實(shí)際操作中，進(jìn)行倒渣或出鋼時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于正力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于負(fù)力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)，傾動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性如圖2所示：
 
　　
　　2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求
　　（1）四臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步啟動(dòng)、制動(dòng)及同步運(yùn)行，根據(jù)要求轉(zhuǎn)爐可以在0.2～1.0r/min之間進(jìn)行傾動(dòng)速度調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐可以做±360°旋轉(zhuǎn)。
　　（2）當(dāng)轉(zhuǎn)爐正在出鋼、出渣時(shí)，交流電源系統(tǒng)發(fā)生停電故障，此時(shí)利用UPS電源將4臺(tái)制動(dòng)器打開，轉(zhuǎn)爐依靠自重復(fù)位， 轉(zhuǎn)爐處于安全位置。
　　（3）當(dāng)轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)塌爐等事故時(shí)，傾動(dòng)機(jī)械的機(jī)電設(shè)備能短時(shí)過載，轉(zhuǎn)爐以0.2r/min速度旋轉(zhuǎn)，傾動(dòng)轉(zhuǎn)爐倒出爐內(nèi)裝盛物，然后進(jìn)行事故處理。
　　（4）轉(zhuǎn)爐為全正力矩設(shè)計(jì)，即在整個(gè)工作傾動(dòng)角度內(nèi)由0°～士180°方向傾動(dòng)均為正力矩。
　　（5）為防止電動(dòng)機(jī)突然啟動(dòng)對(duì)設(shè)備的沖擊，轉(zhuǎn)爐開始傾動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)從零開始逐漸加速，從零到正常速度的加速時(shí)間是2s。
　　（6）由于制動(dòng)器制動(dòng)力矩較大，為了防止制動(dòng)時(shí)對(duì)設(shè)備的沖擊，轉(zhuǎn)爐制動(dòng)時(shí)應(yīng)先通過能耗制動(dòng)將電動(dòng)機(jī)減速，當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)速度接近零時(shí)，制動(dòng)器失電制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間為2S。
　　（7）轉(zhuǎn)爐冶煉工藝過程轉(zhuǎn)動(dòng)角度及速度控制范圍要求見表1。
　　
　　3 山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐主要控制難點(diǎn)
　　3.1主要控制難點(diǎn)
　　轉(zhuǎn)爐控制主要完成爐前的爐門動(dòng)作和爐體的傾動(dòng)操作，爐后傾爐和出鋼鋼包車、出渣渣車操作，煙罩的升降操作和冷卻水流量、壓力聯(lián)鎖控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯(lián)鎖控制，氧槍橫移換槍操作，上料稱重和進(jìn)料操作，并完成轉(zhuǎn)爐水冷煙罩、水冷爐壁、水冷氧槍等水冷系統(tǒng)多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度變化的實(shí)施數(shù)據(jù)采集以及冷卻水系統(tǒng)壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視和超限及事故報(bào)警。通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC和操作站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，由人機(jī)界面完成生產(chǎn)過程監(jiān)控。 圖3為轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場(chǎng)圖。
 
　　
 
　　其中，四臺(tái)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)的控制是該項(xiàng)目中技術(shù)難度最大的課題，要求必須做到快速響應(yīng)，控制精度、安全可靠性能要求比較高。設(shè)計(jì)采用的傳動(dòng)控制裝置是風(fēng)光 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品，型號(hào)為 JD-BP32-315T（315kW/380V），較好地解決了以上難題。
　　3.2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻控制方式選擇
　　根據(jù)近幾年轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)單位針對(duì)“一拖四”控制方式（即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)四臺(tái)電動(dòng)機(jī)）和“四拖四”主從控制方式進(jìn)行了認(rèn)真的比較，認(rèn)為“一拖四”的控制方式，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易編程調(diào)試和維護(hù)，從安全、合理的角度考慮，每座轉(zhuǎn)爐另外設(shè)一套變頻器裝置作為備用，以化解轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時(shí)，因變頻器故障而帶來的停產(chǎn)。最終設(shè)計(jì)單位確定了四臺(tái)電動(dòng)機(jī)采用“一拖四”控制方式。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)主回路如圖4所示。
 
　　
　　3.3轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻控制特點(diǎn)
　　（1）再生能量的處理：對(duì)于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)這種負(fù)載，變頻器選用的最重要原則之一是：所選變頻器必須具有在滿載或過載時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩恒定的高性能變頻器，以保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的安全性。另外要具有再生發(fā)電制動(dòng)功能。為了保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的連續(xù)性，采用傳統(tǒng)的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，而不采用回饋單元，處理電機(jī)的再生發(fā)電。
　　（2）開抱閘的控制：轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)在控制過程中，應(yīng)防止出現(xiàn)“溜車”故障。利用PLC控制程序，使抱閘在系統(tǒng)起動(dòng)后電機(jī)轉(zhuǎn)矩建立到足夠大時(shí)松開，大大提高了系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。
　　3.4轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)操作
　　（1）三地操作：根據(jù)煉鋼工藝的要求，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)需三地控制，分別是主控室主操作臺(tái)控制、轉(zhuǎn)爐爐前操作臺(tái)控制、轉(zhuǎn)爐爐后操作臺(tái)控制。主控室主操作臺(tái)控制：在主控室通過主操作臺(tái)上的按鈕及搖爐主令控制器可對(duì)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行搖爐、加料、出料及其它所有的操作均能在主控室主操作臺(tái)上進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐爐前、爐后操作臺(tái)控制：主要是在出料出渣及轉(zhuǎn)爐維護(hù)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工人使用，由于在主控室只能看到轉(zhuǎn)爐的一個(gè)正面，在出料出渣時(shí)無(wú)法看到出料的多少，這樣只能借助于現(xiàn)場(chǎng)爐前爐后操作臺(tái)工人的現(xiàn)場(chǎng)操作。
　　（2）開停機(jī)及速度給定——傾動(dòng)搖爐主令控制器
　　開停機(jī)及速度給定控制由傾動(dòng)搖爐主令控制器給出，現(xiàn)主令控制器選用TE公司生產(chǎn)的XDA-V11122型。XDA-V11122型主令控制器與PLC之間進(jìn)行電壓模擬量輸入，電壓范圍為-10V～+10V。當(dāng)輸入電壓-10V～0V時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入電壓0V～+10V時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)。在PLC程序中，將-10V～＋l0V的范圍對(duì)應(yīng)劃分為-27648～＋27648數(shù)字范圍。當(dāng)輸入在-27648～-300時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；在300～27648時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；在-300～＋300時(shí)，電機(jī)不動(dòng)，防止控制器漂移而發(fā)生誤動(dòng)。
　　4山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)
　　該鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐工程為新建項(xiàng)目，采用了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的控制工藝、控制技術(shù)，項(xiàng)目于2003年7月一次性投運(yùn)成功。該轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)部分的主要工藝參數(shù)如下：
　　轉(zhuǎn)爐公稱容量：50T
　　額定傾動(dòng)力矩：1000kN.m
　　最大事故力矩：2300 kN.m
　　傾動(dòng)速度：0.2～1.0rpm
　　總傳動(dòng)比：563.08
　　傾動(dòng)電機(jī)：YGP315M-8，45kW，電機(jī)為輥道用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，定子Y接， H級(jí)絕緣，工作制S5（40%），cosΦ=0.76，額定電流85.9A，額定轉(zhuǎn)矩659.1N.m。
　　5 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)
　　JD-BP32系列變頻器是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司采用全新理念自主開發(fā)的一系列高性能，簡(jiǎn)易型、低噪音變頻器。在提高穩(wěn)定性的前提下增加了簡(jiǎn)易PLC、實(shí)用的PI調(diào)節(jié)，靈活的輸入輸出端子、參數(shù)在線修改、自識(shí)別信號(hào)傳輸故障、停電和停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)、定長(zhǎng)控制、擺頻控制、RS485控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制等一系列實(shí)用先進(jìn)的運(yùn)行、控制功能。為設(shè)備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案，對(duì)降低系統(tǒng)采購(gòu)和運(yùn)營(yíng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助。
　　JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如表2所示。
　　
　　6 具體調(diào)試過程
　　由于工藝需要需要經(jīng)常頻繁搖爐，再加上自身重量和爐內(nèi)料的重量達(dá)160噸左右，負(fù)載慣性大，為確保在任意位置不下滑，每臺(tái)電機(jī)的機(jī)械抱閘何時(shí)打開、何時(shí)關(guān)閉是調(diào)試的關(guān)鍵。在實(shí)際調(diào)試過程中，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，選擇四臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流值之和的空載值（30～35%），此時(shí)電機(jī)已建立起足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，通過與PLC配合，制動(dòng)器可以打開。這樣可以避免出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象。
　　由于轉(zhuǎn)爐變頻器是“一拖四”控制，所以變頻控制只能采用“V/F”控制，為了提高變頻器在低速的轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)加上一個(gè)合適的提升電壓。
　　電壓提升參數(shù)：P0.09=6% 啟動(dòng)時(shí)電壓提升的數(shù)值。P0.10=10Hz 轉(zhuǎn)矩提升截止頻率。變頻器主要調(diào)試參數(shù)如表3所示。
　　
　　然后根據(jù)工藝要求，變頻器與PLC控制系統(tǒng)連接信號(hào)主要有：正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)運(yùn)行，急停，復(fù)位，變頻器運(yùn)行信號(hào)（開抱閘信號(hào)）和變頻器故障信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)接線圖5示。
 
　　
　　7 現(xiàn)場(chǎng)使用情況
　　轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)的具體控制過程如下：
　　（1）起動(dòng)過程
　　當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備運(yùn)行時(shí)，變頻器主回路各開關(guān)及接觸器接通，主令控制器將模擬量數(shù)值輸入PLC中，通過主令控制器輸入的正負(fù)值，PLC判斷變頻器正、反轉(zhuǎn)，對(duì)主令控制器的輸入值取絕對(duì)值后作為變頻器的速度控制而輸出，變頻器無(wú)故障的情況下開始運(yùn)行，開閘信號(hào)（根據(jù)變頻器輸出電流是否到達(dá)所需的電機(jī)電流的幅值）由 PLC給出，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)速上升至給定值。
　　（2）停車
　　當(dāng)主令控制器打到停機(jī)位后，PLC發(fā)出停車指令，變頻器封鎖輸出，抱閘關(guān)閉，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　（3）故障
　　當(dāng)變頻器發(fā)生故障后，其故障信號(hào)輸入PLC中，抱閘關(guān)閉，同時(shí)PLC發(fā)出報(bào)警。
　　8 結(jié)束語(yǔ)
　　2003年7月1日，整個(gè)轉(zhuǎn)爐工程投入使用。相比于鋼廠內(nèi)其它轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)直流調(diào)速控制，變頻調(diào)速具有維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行時(shí)動(dòng)作響應(yīng)快，運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，避免了溜車、鋼水外濺事故的發(fā)生。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)多年平穩(wěn)運(yùn)行，印證了調(diào)試風(fēng)光JD-BP32-T系列變頻器的方案是可行的。