轉爐傾動控制系統(tǒng)中交流變頻技術的應用

李濤

【摘要】交流變頻技術在提高轉爐傾動控制系統(tǒng)的精確性、安全性等方面極具優(yōu)勢，結合實例，從交流變頻電機和交流變頻調速系統(tǒng)兩大部分對交流變頻技術的應用進行了具體分析。

【關鍵詞】轉爐傾動控制系統(tǒng)；交流變頻技術；變頻電機；變頻調速系統(tǒng)

引言

轉爐是一種圓筒形、可傾動的吹氧煉鋼容器，爐體多由鋼板制成，內部襯有耐火材料，在鋼鐵冶金行業(yè)有著廣泛應用。為取得較好的吹煉效果，轉爐傾動系統(tǒng)必須具備極高的穩(wěn)定性，能夠適應負載變化。另外，對其啟動力矩、運行速度等均有著嚴格要求。冶金廠和煉鋼廠多采用兩種技術，一是無環(huán)直流傳動技術，二是交流變頻調速技術。尤其是后者，近些年來取得了很大突破，控制水平大幅提升，將其用于轉爐傾動控制系統(tǒng)，不僅能節(jié)約電能，而且在生產安全方面也發(fā)揮著重大作用。

1.工程實例

萊鋼型鋼煉鋼廠擁有3座120t的轉爐，傾動系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，并使用先進的人機界面軟件。通過分散控制、集中管理的模式，在不影響網(wǎng)絡通信的基礎上，減少了線纜數(shù)量，使得系統(tǒng)結構更為簡單，對其安全性及穩(wěn)定性頗為有利。4臺交流變頻電機采用的是西門子Master Drives 6ES70系列，功率均為350KW，可驅動轉爐正負360°隨意轉動。

2.交流變頻電機在轉爐傾動系統(tǒng)中的應用

爐體耳軸下部的重量和高度均應符合要求，如此即便系統(tǒng)失控，或抱閘力矩不足，在爐體正力矩的作用下，也可維持爐口始終向上，以降低倒鋼風險。在運行中需將爐體內鋼水倒出時，由電機輸出正力矩，提供動力驅動轉爐；結束后將爐體勻速牽回，并將其勢能回饋給系統(tǒng)。

此過程中，轉爐傾動的角度和速度極為關鍵，這就要求加強控制的精確度，否則可能出現(xiàn)安全問題。另外，轉爐傾動時負載較大，所以對傳動系統(tǒng)要求較為嚴格，如電機和變頻器的過載能力、低速啟動等均應滿足要求。

該系統(tǒng)共有4臺交流變頻電機，與電機之間的力矩平衡通過扭力桿裝置來實現(xiàn)，可將傾動時的負載進行平均分配。在突發(fā)狀況下，制動器可令電機立即減速，將其裝置在變頻系統(tǒng)內，可提高控制的精確度，減少安全事故發(fā)生。了解變頻電機運轉時的速度可為其改進提供必要條件，因此常在變流器內裝置增量式編碼器，可將位移轉換為電信號，進一步將其轉換為計數(shù)脈沖。PLC系統(tǒng)在識別后，可據(jù)此判斷電機的運行狀況，并予以一定的控制。

3.交流變頻調速系統(tǒng)在轉爐傾動系統(tǒng)中的應用

3.1 系統(tǒng)構成

在選擇調速系統(tǒng)時，如若經(jīng)濟條件允許，盡量引進高新技術。系統(tǒng)由變頻器、制動單元、交流異步電機、電抗器，以及其他輔助部件組成。尤其是變頻器，作用最為重要。該廠選擇的是采用DTC技術的ACS800系列變頻器，其接口為PROFIBUS-DP接口，符合國際標準，技術含量高，可有效地促進與上一級自動化系統(tǒng)的連接。同時其動態(tài)性能優(yōu)越，可順利完成變頻器的調試工作。而且，它還能夠支持自定義編程，具有較強的個性化。在實際應用中，通過ACS800變頻器的調節(jié)，轉爐傾動系統(tǒng)可將輸入電網(wǎng)的三相固定頻率以及電壓轉換為變化頻率和變化電壓的三相交流輸出。

3.2 控制技術

轉爐自身質量較重，僅靠一臺變頻電機，因動力有限，難以驅動轉爐使其穩(wěn)定運行。該廠共有4臺電機，需要協(xié)同作業(yè)同時工作。為實現(xiàn)轉爐傾倒的多段速要求，需保證驅動電機的變頻器具有獨立性，而為驅動轉爐傾動，它們又需要同步著力于轉爐軸的大齒輪。不然極有可能會因輸出轉矩不同或出現(xiàn)自扭動，導致轉軸小齒輪遭受破壞，從而致使轉爐停止作業(yè)。實際中情況頗為復雜，除了電機性能存在很大差異，加工和安裝的精度也難以控制，以至于電機同步很難實現(xiàn)。考慮到調速系統(tǒng)以主從控制技術為主，該廠采用一主三從的方式實現(xiàn)傾倒系統(tǒng)的控制。

3.3 變頻調速控制的實現(xiàn)

承接上面一主三從的控制方式，以4臺中的某一臺變頻器作為主機，則另外3臺為從機。通過轉矩和速度控制的方法對主機加以控制，具體的速度參數(shù)來自于PLC的AO輸出，正反轉命令則來自于PLC的DO輸出。從機則直接接受主機的轉矩設定命令，采用ADD模式控制轉矩。具體運行時，因傳動系統(tǒng)依賴于轉矩控制方式才能正常作業(yè)，一旦主從機產生過大的速度誤差，會自動發(fā)送至速度調節(jié)器，由調節(jié)器增加或者減少內部轉矩，對速度加以調節(jié)。主從機之間過程數(shù)據(jù)應實現(xiàn)同步交換，并確保其精確度和完整性，為此，主機在向從機傳送設定命令時，是通過設備間共用系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的主從光纖網(wǎng)來實現(xiàn)的。

3.4 轉爐傾動系統(tǒng)變頻器的軟件控制

實際轉爐操作位置包括爐前、爐前主操作室、爐后機旁操作室、兌鐵水固定操作臺等，如果傾動在其中一處進行，則另外幾處不應再進行相同的操作。而且，在任何地方進行轉爐傾動指令操作時，都要具備幾項基本要求：

①變頻器處于正常運行狀態(tài)；

②抱閘電源在正常穩(wěn)定的運行；

③所有的操作地點均沒有報警發(fā)出；

④氧槍在等待位或等待位以上并不存在下降的現(xiàn)象。若氧槍冷卻水流量差低于20T，或冷卻水流速在180T/h以及眼罩在上部位置、稀油站正常的情況，在操作之前，務必要仔細觀察周圍環(huán)境，確保沒有人員在危險范圍內。然后才能實施具體的聯(lián)鎖投入或聯(lián)鎖解除按鈕的操作。

4.結束語

轉爐傾倒控制系統(tǒng)在鋼鐵冶金廠生產中發(fā)揮著重要作用，但因為質量重、負載大，有很大的控制難度。為實現(xiàn)精確化控制，常采用交流變頻技術，尤其是變頻調速器，不但結構簡單、安裝調試方便，而且具有較高的精度，可提高系統(tǒng)的安全性。同時其節(jié)能環(huán)保效果也較為可觀，在煉鋼冶金廠十分適用，值得推廣。

參考文獻

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