高爐主卷揚雙電機拖動的應用

郭億祥，王忠連

（廣東韶鋼松山股份有限公司煉鐵廠，廣東 韶關 512123）

高爐冶煉原料必須通過主卷揚料車輸送到爐缸內(nèi)，主卷揚設備的穩(wěn)定運行與高爐的正常生產(chǎn)息息相關，主卷揚系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障將極大地影響整座高爐的生產(chǎn)。在韶鋼1080m3高爐上料主卷揚采用雙電機拖動、變頻控制、無速度編碼器反饋的開環(huán)控制系統(tǒng)技術的應用，自2016年投用以來運行穩(wěn)定。

1 電氣控制原理

1.1 料車卷揚的結(jié)構

料車使用兩臺電機拖動一臺減速箱，減速箱帶動一個繩輪拉動小車在斜軌上運行。當一個上車裝料上行時，另一個小車空車下行，卷揚工作時無空行程。

1.2 電氣組成

變頻器采用二用一備，工作時兩臺在用的變頻器一臺變頻器拖動一臺電機。第三臺變頻器作為備用，可通過接觸器的切換投入。變頻器有三種組合方式。如圖1電氣控制原理圖。用于位置檢測的主令控制器與料車繩輪同軸，通過機械傳動，料車到達固定位置時，主令點動作信號送PLC，由PLC控制變頻器起/停及加/減速；同時，在減速機的另一側(cè)（與繩輪同軸）安裝一臺絕對式編碼器，實時傳輸位置數(shù)據(jù)，通過換算成小車的行程位置，工作時，編碼器檢測的點與主令控制器的主令點并聯(lián)使用。

2 控制方式

2.1 主/從控制原理

該系統(tǒng)的特點是雙電機拖動，要求電機輸出力矩同步，保證減速箱的兩個主動軸出力一致。料車平穩(wěn)加/減速，料車起動/停止時減小對減速箱的沖擊。設計時考慮3種組合：1主2從，2主3從，3主1從。采用主/從控制，主變頻器采用速度控制，從變頻器采用電流控制。以組合1主2從為例:當選中本組合時，1號變頻器做為主變頻器采用速度控制，PLC根據(jù)料車的位置輸出速度選擇的開關量信號，變頻器通過數(shù)字端子輸入選擇內(nèi)部預設固定頻率（6Hz/20Hz/50Hz）。2號變頻器做為從變頻器采用電流控制，電流的大小由1號變頻器實時給定，通過模擬量硬接線實現(xiàn)控制，從變頻器只實現(xiàn)力矩跟隨，保證與主變頻器出力一致。起/停機命令由PLC同時給到兩臺變頻器。如圖2主/從控制原理圖。

圖1 電氣控制原理圖

圖2 主/從控制原理

2.2 速度控制時序

動作時序：自動控制系統(tǒng)發(fā)出料車1上行命令，同時，輸出變頻器的起動速度6Hz（變頻器數(shù)字端子輸入），變頻器由0Hz開始加速，PLC根據(jù)變頻器輸出電流值判斷力矩達值打開機械抱閘，料車上行；5s后，料車從6Hz開始第二次加速到50Hz運行；隨著繩輪的轉(zhuǎn)動，主令控制器第一次減速主令點斷開信號至PLC，由PLC發(fā)出第一次減速指令（20Hz），電機減速運行；當主令控制器的第二次減速斷開時，PLC發(fā)出第二次減速指令（6Hz），變頻器第二次減速；當主令控制器的停車點斷開時，料車達到終點，PLC發(fā)出停機指令、變頻器封鎖輸出，同時，關閉機械抱閘，料車l送料完畢。料車2重復如上過程（料車2上行時料車1的主令點自動復位），見圖3。

圖3 料車速度控制時序

2.3 從機的跟隨

從變頻器采用電流控制，電流值由主變頻器實時給定，始終保持輸出力矩與主變頻器一致。

2.4 制動時的能量消耗

變頻器自配制動單元，系統(tǒng)外置制動電阻。主變頻器為速度控制，當變頻器減速、停止時，電機回饋的能量由外置制動電阻消耗。從變頻器為電流控制，停止時自由停車，無能量回饋。

3 控制的保護措施

3.1 位置保護

在卷揚繩輪同軸安裝一只總線型（PROFBUS DP）絕對式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實時數(shù)據(jù)，通過計算判斷小車的實時位置，與主令控制器并聯(lián)工作，設超極限位，與主令控制器極限點同時保護，防止料車“沖頂”事故的發(fā)生。

3.2 關于速度的保護控制

通過絕對式編碼器的實時值計算料車的實時速度，完成料車在各個位置的保護。主要的保護有超速保護、低速檢查，反向保護，同向保護。

（1）超速保護。料車運行中，PLC根據(jù)編碼器測得的料車實時速度，全程不得超過最高速度（即不超過變頻器輸出50Hz時的料車速度），一但超速，PLC立即輸出急停信號關閉變頻器、關閉機械抱閘，并輸出故障提示信號。

（2）低速檢查。當料車到達低速區(qū)時，檢查料車是否在低速運行。若否，立即停止變頻器輸出，抱閘制動。若是，檢查通過繼續(xù)運行。

（3）防止當料車在任一位置電機起動時，輸出的起動力矩不能克服料車重力，形成重料車下滑，輕料車“沖頂”的故障。PLC根據(jù)測得的料車實際速度方向，判斷料車運行方向是否正確，若發(fā)的指令是料車向上運行，測得的料車實際方向是相反的，立即停車。

（4）同向保護。當料車運行到斜橋中間部位因故停車，重新起動時，防止重車反方向開車，致使料車重裝料滿出。同向保護是料車起動后，必須到頂方可允許另一個方向開車。

3.3 防止掛車

料車起動時以6HZ低速運行，以便另一個空料車平穩(wěn)下降到料軌上，防止“掛車”故障。

3.4 制動

料車運行時，在用的變頻器自身故障、PLC采集的綜合故障發(fā)生時，立即強制關閉機械抱閘，以防止事故發(fā)生。

4 系統(tǒng)的特點及調(diào)試過程的問題

4.1 變頻器的選型

考慮該系統(tǒng)的特點，變頻器至電機的動力線路較長（180米）變頻器選配400kW，電機選配220kW。由于作為速度控制的主變頻器加/減速時有再生能量，故選配變頻器內(nèi)置制動單元和外置制動電阻。3臺變頻器參數(shù)設定、控制端子接線一樣，維護、調(diào)試方便。

4.2 編碼器的選型

變頻器選擇開環(huán)控制，無速度反饋，降低了故障率。位置檢測用的絕對式編碼器安裝在卷揚繩輪同軸上，速度低、沖擊小。更換料車鋼絲繩時，固定一個料車到底時對編碼器清零，調(diào)試方便。

4.3 防止“掛車”保護

調(diào)試時原設計為料車直接由0Hz加速到50Hz。但出現(xiàn)“掛車”的現(xiàn)象，鋼絲繩出現(xiàn)劇烈抖動。故在料車起動時，增加以6Hz低速運行段，以便另一個空料車平穩(wěn)下降到料軌上，防止“掛車”故障發(fā)生。

4.4 起動時制動器的打開時機

在變頻器起動時，為防止變頻器低頻起動力矩偏小，不足以克服重料車重力而下滑，PLC通過變頻器反饋的電流信號判斷電機力矩達是否達值（力矩值設定按料車裝滿最重料的值為準），且經(jīng)過0.3s延時后，PLC方能打開抱閘，從而防止料車起動時重料車下滑.

4.5 主從跟隨

雙電機拖動的最重要問題是兩個電機出力一致，料車在軌道上加減速平滑。主變頻器速度控制，要求從變頻器控制的電機輸出力矩保持與主變頻器控制的電機同步。調(diào)試時，出現(xiàn)從電機出力太慢而造成主變頻器過載跳閘，修改了從變頻器的動態(tài)跟隨參數(shù)后，從變頻器輸出力矩明顯加快，從而保證了兩臺電機出力同步，實現(xiàn)了主從跟隨。