直流調速器在高爐探尺上的應用

姜濤

(韶鋼集團公司煉鐵部煉鐵分廠點檢站，廣東韶關512123)

1 引言

高爐探尺系統是高爐的重要設備，操作人員通過這項設備精細地了解爐況，掌握爐料在爐內的生產情況，是判斷如何上料的重要依據。準確地掌握料線是高爐正常工作的基本保證，所以探尺的穩定運行直接關系到高爐的正常生產。原高爐探尺的控制系統是采用可調電阻、晶閘管等組成的直流調速系統，其缺點是調整相對比較麻煩和繁瑣，而且調整結果的精準度不夠，系統穩定性較差，不能很好的跟隨料面，影響爐內布料。針對老系統的這些缺點，采用了新型高性能調速裝備SIMOREG DC Master 6RA70驅動系列。

2 高爐探尺的工藝

高爐探尺是用來探測高爐內料線的深度，為值班室操作人員提供爐內料線動態高低度的實時情況，以便控制鐵礦石、焦炭等原料向爐內下放的批次、數量等，當探尺重錘開始自動提升到頂部的設定零位，各種礦及焦炭等原料按工藝要求設定向爐內下放，一批料排放完畢，探尺又自動由設定零位開始按設定速度下放，下放到爐內實際料面時，重錘由料面支撐，速度減速接近為零，隨后隨料面下放，直到檢測到需要下料時開始自動提升，如此循環，使操作人員能比較直觀清楚地了解到爐內料線情況。

探尺的良好的料面跟隨性是判斷探尺系統是否好用的一個重要因素，如發生倒錘、懸錘或者穿料都無法反映料面的真實情況，這是實際生產中絕對不能出現的現象。

2.1 探尺硬件、軟件配置及系統構成

直流調速器是一種模塊式直流電機調速器，集電源、控制、驅動電路于一體，采用立體結構布局，控制電路采用微功耗元件，用光電耦合器實現電流、電壓的隔離變換，電路的比例常數、積分常數和微分常數用PID適配器調整。該調速器體積小、重量輕，可單獨使用也可直接安裝在直流電機上構成一體化直流調速電機，可具有調速器所應有的一切功能。

直流調速器就是調節直流電動機速度的設備，上端和交流電源連接，下端和直流電動機連接，直流調速器將交流電轉化成兩路輸出直流電源，一路輸入給直流電機勵磁(定子)控制直流電動機轉速，一路輸入給直流電機電樞(轉子)，直流調速器通過控制電樞電流調節直流電動機轉矩。必要時修正電樞電壓輸出，以此來再次調節電機的轉速。直流電機的調速方案一般有3種方式:改變電樞電壓、改變勵磁繞組電壓、改變電樞回路電流。

SIMOREG 6RA70系列直流調速裝置為三相交流電源直接供電的全數字控制裝置，在一爐中選擇的是6RA7025的直流調速裝備。反饋元件采用絕對值編碼器，安裝在電機同軸，用于檢測重錘位置(圖1)。

軟件設計方面采用西門子STEP 7編程軟件和WINCC人機界面，直流調速裝置直接做為控制器DP從站，上位PLC可實時監控探尺重錘運行情況，料面位置，以及探尺電流，速度等。便于操作人員觀察判斷和操作(圖1)。

圖1 探尺控制框圖

2.2 控制方式

準確探明料位是保證高爐正常上料的重要前提，工作控制方式為:電機運行時帶動重錘提升或者下放，由電機拖動滾筒，從而帶動鋼絲繩經滑輪、鎖鏈等將重錘放入爐體內。

探尺的工作流程:當滿足探尺工作條件時，選擇自動或者手動，開始放尺，直到達料面，跟隨料面，當需提尺信號來時開始提尺，此時可人工判斷是否提尺，轉換手動模式操作放尺或者提尺，提尺到零位停止，等待下一次放尺信號。探尺系統一共有3種工作狀態:放尺、跟隨料面和提尺。

放尺狀態:抱閘接觸器得電，抱閘打開，在爐內重錘的牽引下，電機反轉，電機轉子由于慣性處于發電機運行狀態，勵磁恒定，電流加大，反向力矩加大，使之減速為能耗制動，將轉動部分的動能轉換成電能消耗在電阻上。下降加速，反向電流加大，反向力矩加大，使之減速。

跟隨料面狀態時，重錘被料面托住，停在料面上，電流逐漸穩定，電動機Md=Mg－Mz，Mz為料面對重錘的支撐力矩，直流調速器處于整流工作狀態，當料面繼續下降，Mz減小至0時，在Mg作用下，電動機反轉，直流調速器進入逆變工作狀態此時進入提尺狀態。

探尺處于提尺狀態時，電機正轉，當重錘 以V勻速上升時，電動機轉矩Md=Mg+Mf，電機力矩和電動機轉向相同，為驅動力矩，直流調速器處于整流工作狀態。到達設定零位，抱閘接觸器失電，抱閘抱緊。

Md為電動機力矩，Mg為重錘力矩，Mf為系統摩擦損耗力矩，V為提尺速度。最初設定時，調整電阻確定合適的探尺速度，提尺放尺指令由上位機PLC通過DP傳輸。

2.3 特點分析

(1)與原交流能耗制動相比，西門子6RA70直流調速裝置采用全程可視性數字調節，對速度和轉矩進行調節和控制，配置相應的直流電動機，整流變壓器等。生產時，探尺提尺、放尺等開關量信號由上位機通過PLC給定，同時數控通過自身的輸出端子可以輸出狀態信號:如在提尺、在放尺、故障等開關量信號及電樞的電流、電壓等模擬量信號，探尺下放提升速度，高低度位置，所有這些信號都通過系統PLC在值班室電腦畫面上顯示，直觀易懂，方便操作人員實時監控，以及出現故障易于及時判斷和處理。

(2)同時從安裝硬件上來說其結構緊湊，體積小。裝置內裝有調節插槽板，各個單元易于拆裝，使檢查，維護變得簡單易行。外部信號連接的開關量輸入/輸出，模擬量輸入/輸出，脈沖發生器等，通過插槽端子排實現，裝置軟件存放去(Flash)－EPPOM內，通過串行接口寫入可以方便的更換，無需調速電阻，并具有自診斷功能。

(3)在實際運行中抗干擾能力強，調速平穩，精度高，軟硬件結合控制，大大提高系統運行的穩定性和可靠性。裝置接口卡實現PLC控制，組成自動化程度很高的控制系統，而且在運行中省電、節能、環保，從而有更廣泛更靈活的應用前景。

(4)有效防止“崩料”現象出現，由于勵磁恒定，在發生“崩料”時，下降加速，電流加大，產生向上的力矩加大，此時使之迅速減速。直到接觸到料面，電流逐漸穩定，速度隨之穩定，正常跟隨料面。

3 結語

改造后的直流調速裝置控制系統運行正常，工作可靠、定位準確、故障率低，提高了高爐料線探測的精準度，對高爐穩產、高產有著重要作用，同時，高爐采用這種裝置后能夠降低生產過程中的勞動強度與勞作成本，并取得了較好的經濟效益。