PowerFlex755變頻器在轉爐傾動系統的應用

周衛民 陳志賢

（1.中冶賽迪電氣技術有限公司自動化部，重慶400016；2.寶鋼集團廣東韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關512123）

1 工藝過程

轉爐傾動系統有4臺交流調速電機拖動，通過剛性連接，實現4臺電機同步啟動及制動，帶動轉爐旋轉。根據工藝要求，轉爐可在0.1～1.0 r／min之間進行傾動速度調節，并在0°～±180°之間旋轉。轉爐在冶煉周期內，主要的傾動過程為：兌鐵水－加廢鋼－測溫取樣－出鋼－倒渣。兌鐵水和加廢鋼實由爐前操作完成，傾動角度從0°逐漸變化到45°～90°，使得廢鋼和鐵水可以順利加入到轉爐中。測溫取樣主要由中控室來操作，傾動角度從0°逐漸變化到90°，以便于觀察爐內情況和測溫取樣操作。出鋼通過爐后臺操作轉爐向爐后傾動，傾動角度由0°逐漸變化到－101°，使爐內鋼水倒入鋼包后，手動操作轉爐向零位（垂直位置）傾動并停止在零位，該過程執行時間約5 min，危險性最大，要求安全性最高。倒渣由爐前操作來完成，在出鋼完成后，快速搖爐到－180°，以便爐內渣倒至渣罐。轉爐操作地點的操作權限由中控室決定。

轉爐傾動系統屬于重載，傾動轉矩大，定位精度高，控制難度大。在傾動過程中頻率變化大，4臺電機驅動同一負載，要求自動化控制系統的同步性和跟隨性都好，故而聯鎖條件較多，同時也比較容易出現設備及人身安全事故。當1臺或者2臺電機出現故障停機時，生產可以繼續進行，當有3臺電機出現故障時，轉爐立即停止傾動。

2 控制系統組成

自動化系統采用Rockwell PLC，控制器采用1756L62，控制信號通過1756系列模塊實現，變頻器通過Control Net現場總線來和系統進行通信，其典型控制系統圖如圖1所示。

圖1 控制系統方案

3 Power Flex755變頻器特點

Power Flex755變頻器適用于各種高性能應用，特別是需要高速電機控制性能，安全關斷功能及多功能集成應用的場合，是一個高能性的解決方案。

外部接口具有多種網絡通訊能，且通訊選件均為DPI內置式。內置通訊選件包括 DeviceNet、Control Net、Ether Net／IP、ModbusRTU、Inter Bus、Profibus、RS485 DF1／HVAC、RIO、Lonworks、CAN等多種其他廠商的開放式通訊網絡適配卡。

保護功能有過電流、過電壓、欠電壓、缺相、變頻器過熱、變頻器過載、電機過載、外部報警輸入、通用熔斷器熔斷保護、逆變器出錯、輸出短路保護、輸出接地、瞬間停電保護等，而且所有參數、保護動作信號和故障信號要求可通過相應接口上傳。

內置過程PI控制器：不需要一個額外的過程回路控制，內部的過程PI調整器具有比例和積分增益調節、偏差反向以及輸出限幅等功能。反饋可以組態成正常的或均方根函數。內置過程PI控制器在過程回路中減輕了PLC控制器的負擔。

預先診斷功能：預先診斷功能幫助用戶降低非正常故障幾率和減少故障處理時間。

實時時鐘功能：能更精確的知道故障發生的時間，有利于故障排除。

內置DeviceLogix：允許根據不同運用而客戶化變頻器的控制，單機控制更靈活，通過變頻器軟件工具進行編程。

Power Flex755變頻器可以通過程序設置跟蹤影響變頻器冷卻風扇和輸出繼電器以及電機和系統軸承壽命的信息，并提供風扇和繼電器壽命的估計數據、客戶電機和系統軸承壽命的估計數據以及事先警示信號，以避免非計劃性停機。

4 控制方式

根據傾動電機的特點，考慮到轉爐的負載特性、變頻器的過載系數和負荷平衡，電氣控制系統必須有足夠的啟動力矩，以適應滿載啟動的要求，啟動須平穩，頻繁啟動、制動時無沖擊，電氣控制系統在低速甚至零速時仍需要有較大的力矩輸出。

（1）開抱閘控制方式。在轉爐傾動系統松開抱閘前，必須要求電機能夠提供足夠的轉矩，讓轉爐在開抱閘后不至于產生回位動作和抖動，因此系統抱閘松開前需要檢測變頻器的運行狀態和輸出電流。在達到了所需要的轉矩要求時，松開抱閘，能保證傾動系統比較平穩的啟動，同時確保系統的安全性。

（2）關抱閘控制方式。如果在動作過程中，突然關閉抱閘，會導致整個轉爐嚴重抖動。因此在轉爐傾動系統關抱閘的時候，是在系統速度接近0的時刻。如果關早了，電機遇到阻礙，轉矩會增大，就會出現電流過大的情況。如果關晚了，轉爐在速度已經為0的情況下，沒有了抱閘的作用，將會由于重力的作用出現回位動作，這是非常危險的，因此應根據實際情況和轉爐的速度來進行關抱閘的控制。

（3）為滿足符合平衡的要求，這里考慮采用變頻器主從的控制方式。在4臺變頻器中，選擇合適的1臺作為主變頻器進行速度控制，另外3臺作為從變頻器。主變頻器的輸出轉矩作為從變頻器的轉矩給定進行轉矩控制，從而確保各變頻器的出力平衡。當主變頻器出現故障時，可設置另1臺變頻器作為主變頻器，組成新的主從工作組，按新的主從方式繼續工作。設計中采用Power Flex755變頻器，該變頻器能夠實現精確的電動機速度和轉矩控制，具有獨立控制電動機磁場和轉矩的能力，在零速下仍能產生滿轉矩。該變頻器在工作過程中的4臺傾動電機的電流曲線如圖2所示。

圖2 4臺傾動電機電流曲線

從圖2可以看出，在應用該變頻器和上述控制方式后，從變頻器的電流跟隨效果較好，響應較快，同時負荷比較均勻。

5 結語

該系統投運以來，傾動變頻器系統滿足工藝要求，取得了較好的經濟效益和社會效益，從運行效果來看，系統一直穩定可靠運行，負荷平衡效果較好，提高了設備的使用效率。

［1］張西周.120 t轉爐傾動失控事故典型案例分析及措施［J］.企業技術開發，2011（16）

［2］周佐良，林海燕.頂底復吹轉爐傾動失控事故分析和改進措施［J］.設備管理與維修，2009（2）