機構(gòu)切換技術(shù)在起重機變頻器傳動系統(tǒng)上的應用

王艷超，李海寬，郭 華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司煉鋼部，河北 唐山 063200）

起重機作為一種重要的起重運輸設備，目前被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是鋼鐵冶金企業(yè)的冶金鑄造吊起重機。對于起重機起升、平移機構(gòu)的控制。需要從控制精度、速度等方面綜合考慮。對比于轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速等傳統(tǒng)調(diào)速方式，變頻調(diào)速以優(yōu)異的調(diào)速、啟停、制動性能，高功率因數(shù)、高效率和高節(jié)能率的效果，愈加廣泛的適用范圍在現(xiàn)今工業(yè)應用中得到廣泛認可。目前，越來越多的冶金起重機控制方式開始向變頻調(diào)速轉(zhuǎn)變，以程序控制替代繼電器——接觸器控制，進而實現(xiàn)起重機的半自動化或自動化控制[1]。

1 480T天車變頻控制原理

首鋼京唐公司煉鋼部有10臺480T冶金鑄造吊起重機，主要從事煉鋼廠內(nèi)鋼包、鐵包的吊運、上料等作業(yè)。對于整體煉鋼廠內(nèi)的冶金物流起到了至關(guān)重要的作用。480T天車使用變頻器進行電氣傳動，采用電壓源型交－直－交的主回路結(jié)構(gòu)。由2臺1200KW西門子6SE70系列AFE整流裝置和8臺西門子6SE70逆變器驅(qū)動交流電機。1#AFE為1#主起升、1#主小車、副起升、1#大車共4臺逆變器提供公共的DC總線；2#AFE為2#主起升、2#主小車、副小車、2#大車逆變器共4臺逆變器提供公共的DC總線。

西門子6SE70變頻調(diào)速器系列產(chǎn)品是西門子在低壓領域推出的較為高檔的變頻調(diào)速產(chǎn)品，90年代初期推出后，歷經(jīng)30年發(fā)展，品種齊全，性能優(yōu)良，其調(diào)速原理如下圖1。

圖1 變頻器調(diào)速原理

當正常工作時，電能由三相電網(wǎng)流向電動機負載，將電動機拖動，此時電能由電網(wǎng)經(jīng)過變頻裝置中的整流裝置向直流母線上電容器充電。同時逆變器IGBT在CUVC的控制下進行觸發(fā)。以矢量控制方式驅(qū)動電機運行。當在變頻調(diào)速的減速過程中，負載的慣性作用會使得電動機進入發(fā)電狀態(tài)，電動機的機械慣性勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伣o三相電網(wǎng)（如非AFE結(jié)構(gòu)一般需要連接制動單元與制動電阻），此時電動機產(chǎn)生的電能經(jīng)逆變器向中間環(huán)節(jié)的儲能電容充電，使得中間環(huán)節(jié)上直流母線的電壓升高，經(jīng)整流器將能量饋入三相交流電網(wǎng)。綜上所述，AFE結(jié)構(gòu)變頻器實現(xiàn)能量的雙向流動。

2 機構(gòu)間切換的電氣原理及聯(lián)鎖保護

結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)工序的需求，當單一逆變器出現(xiàn)故障時，不影響整體設備運行。因主起升、主小車、大車機構(gòu)均為雙逆變器，當單一逆變器出現(xiàn)問題后，可使用單機運行模式，即單一逆變器工作運行且速度減半的方式實現(xiàn)機構(gòu)動作，但副起升、副小車逆變器僅由一臺逆變器進行驅(qū)動，無法實現(xiàn)單逆變器運行。

現(xiàn)場實際使用機構(gòu)間切換的方法來滿足當副起升、副小車逆變器故障時，副起升、副小車機構(gòu)仍能正常工作運行，其電氣原理圖如圖2。

圖2 機構(gòu)間切換電氣原理圖

以副起升機構(gòu)為例，當副起升逆變器INV41（315kw）出現(xiàn)故障時，將大車變頻器打成2#大車逆變器INV52單機運行。將K4、K5開關(guān)斷開，將K45開關(guān)閉合，從而實現(xiàn)1#大車逆變器INV51（315kw）拖動副起升電機運行，使得副起升機構(gòu)能正常動作。同時需在1#大車逆變器上增加SBP增量式編碼器板，控制柜內(nèi)增加DTI數(shù)字版。SBP增量式編碼器板的作用是將副起升電機脈沖編碼器連接到1#大車逆變器上，由于此時1#大車逆變器CUVC電路板上的編碼器信號端口已被大車電機編碼器占用，故需增加SBP電路板。DTI數(shù)字電路板的作用是把由編碼器輸出信號整形成方波，然后傳輸給CUVC板，其次可將一個編碼器信號分別傳輸給副起升與1#大車逆變器。

3 機構(gòu)間切換的參數(shù)及程序設計

西門子6SE70系列變頻器內(nèi)存在電機參數(shù)組，電機參數(shù)可實現(xiàn)變頻器同所連接的電機相匹配，也能匹配實現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)控制方式。電機參數(shù)組可有4個標號，參數(shù)組的每個參數(shù)標號下能存儲一個參數(shù)值，所以能存儲總共4套電機參數(shù)[2]。各個電機數(shù)據(jù)組在控制字2中的位18與19來選擇(P578.B和P579.B)。現(xiàn)場P578.1=B662，P579.1=0。B662由U272進行選擇控制，最終由K3003控制，K3003由程序給定。其功能圖控制如圖3。

圖3 機構(gòu)間切換原理參數(shù)功能圖

大車/副起升切換通過判斷主回路接觸器的狀態(tài)來進行，而不是通過切換開關(guān)的狀態(tài)來判斷的。在大車機構(gòu)、主起升和副起升機構(gòu)手柄零位的情況下，1#大車電機主接觸器K2、副起升電機主接觸器K1閉合、切換接觸器KA1斷開，這時M6.6為1，程序含義為選擇副起升正常操作。如果1#大車電機主接觸器K2斷開、副起升電機主接觸器K1斷開，或切換接觸器KA1閉合，這三種情況任意一種情況發(fā)生，則M6.6復位為0。程序如圖4中左圖所示。在大車機構(gòu)、主起升和副起升機構(gòu)手柄零位的情況下，1#大車電機主接觸器K2、副起升電機主接觸器K1斷開，并且切換接觸器KA1閉合，這時M8.0為1，程序含義為選擇副起升緊急操作。如果1#大車電機主接觸器K2閉合、副起升電機主接觸器K1閉合，或者切換接觸器KA1斷開這三種情況任意一種情況發(fā)生，則M8.0復位為0。程序如圖4中右圖所示。

圖4 機構(gòu)間切換程序控制

當選擇副起升緊急操作時，這時候如果選擇1#大車單機（M8.4=1）或選擇大車雙電機運行（M9.0=1），則M1000.2（大車副起升切換故障）置1，使大車機構(gòu)和副起升機構(gòu)OFF2停機，程序如圖5所示。

圖5 機構(gòu)間切換程序聯(lián)鎖保護控制

4 總結(jié)

鑄造起重機的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，當單一機構(gòu)出現(xiàn)故障時恢復時間較長。本文介紹了一種應用于大型鑄造起重機上的機構(gòu)運行的方法，當一個機構(gòu)電氣傳動故障時，可短時間通過該方法實現(xiàn)機構(gòu)運行，現(xiàn)場應用效果良好，能保證生產(chǎn)工序的連續(xù)性，避免因單一機構(gòu)不能動作導致整條生產(chǎn)線的停產(chǎn)情況發(fā)生，同時這種應用模式可大范圍推廣到其他重點天車機構(gòu)的切換上，具有極大地推廣性。