摘要：本文針對(duì)酒鋼200萬(wàn)煉鋼轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的機(jī)械特性和工藝要求扮饶，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際飞校，對(duì)ControlLogix PLC系統(tǒng)和1336 Force交流變頻器在酒鋼200萬(wàn)煉鋼轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行分析了和闡述浮笔。

關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 傾動(dòng) 自動(dòng)控制

1 引 言

　　酒鋼200萬(wàn)煉鋼有3座120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐蛋济，1#轉(zhuǎn)爐已經(jīng)于2005年4月份投產(chǎn)渤早，2#和3#轉(zhuǎn)爐于2006年初投產(chǎn)，三座轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)和氧槍系統(tǒng)均采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的Allen-Bradley Logix平臺(tái)控制系統(tǒng)-ControlLogix瘫俊，NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)ControlNet鹊杖，和基于磁場(chǎng)定向矢量控制技術(shù)的1336 Force交流變頻器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)和氧槍系統(tǒng)的自動(dòng)控制扛芽，其自診斷和保護(hù)功能可靠骂蓖，降低了設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率川尖。

2　轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載特性分析

2.1 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載特性分析

在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中登下，爐體傾動(dòng)部分采用四臺(tái)傾動(dòng)電機(jī)，通過(guò)減速機(jī)剛性連接叮喳，并采用全懸掛固定方式和扭力桿力矩吸收方式被芳，如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

　　根據(jù)工藝要求馍悟，轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)角度為正反360°畔濒。轉(zhuǎn)爐爐口和爐底方向軸線與地平面垂直時(shí)為零位狀態(tài)。故爐子傾動(dòng)負(fù)載力矩為角度的函數(shù)Mfz=f(θ) 锣咒，屬于反陰性的位能負(fù)載恬皆。另外，據(jù)工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明仆洞，轉(zhuǎn)爐按正力矩設(shè)計(jì)众附，即爐子耳軸下部比上部高，下部比上部重甘直。從而確保轉(zhuǎn)爐電控系統(tǒng)失靈或抱閘力不夠時(shí)刮跟，能靠爐體自身的正力矩來(lái)確保爐口向上，這樣不至于發(fā)生倒鋼等事故呐蹂。但當(dāng)維修爐拆除爐底后以及爐口粘鋼渣太多時(shí)唬垦，爐體可能出現(xiàn)上部較下部重，由于液體鋼水重心隨轉(zhuǎn)爐傾角的變化而變化蔬透，這樣在修爐和出渣或出鋼時(shí)棱歹，可能出現(xiàn)負(fù)力矩。當(dāng)爐體處于正力矩狀態(tài)時(shí)发荧，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)馁梁，當(dāng)爐體處于負(fù)力矩狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)刃唤，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性如圖2 隔心。

(a)正力矩狀態(tài) (b)反力矩狀態(tài)

圖2 傾動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性

　　傾動(dòng)機(jī)構(gòu)工藝要求：

　　主要特性及參數(shù)：工作傾動(dòng)力矩：240t.m；

　　過(guò)載傾動(dòng)力矩：660t.m尚胞；

　　傾動(dòng)速度：0.10-1.0r/min硬霍；

　　傾動(dòng)角度：+/-360°；

　　傾動(dòng)電機(jī)：變頻電動(dòng)機(jī)：YTSZ315L-10笼裳，4臺(tái)唯卖；

　　額定功率/電壓：110kW/AC380V；

　　額定轉(zhuǎn)速/頻率：585r/min / 50Hz躬柬；

　　額定力矩/電流：1750Nm/230A拜轨；

　　速度反饋用編碼器：30-3641IA-1024；

3　變頻調(diào)速的原理

　　我們知道允青，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n＝60f(1－s)/p

　　式中　n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速橄碾；
　　　　f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；
　　　　s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率颠锉；
　　　　　p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)法牲。
　　由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比足贴，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速牡泡，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬哮寨。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的诲狐，這就是變頻調(diào)速。

　　按照電力拖動(dòng)原理拟艳，在基頻以下屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”喧畏，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調(diào)速”悦浙。由于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)和氧槍升降屬重起動(dòng)或滿載起動(dòng)負(fù)載愤栽，故要求電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)要有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和足夠大的過(guò)載能力。采用恒磁通變頻調(diào)速挟七，在低頻時(shí)（低速時(shí)）可通過(guò)人為地提高電壓來(lái)保證電機(jī)具有最大恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性齿喧，因而可以滿足重載起動(dòng)負(fù)載要求。另外由于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)為位能負(fù)載相贺，故有發(fā)電制動(dòng)工作狀態(tài)轻欣。而變頻器可通過(guò)加“過(guò)壓保護(hù)放電阻”提供這種“回饋”通路省咨。

　　由于變頻調(diào)速可以得到幾乎與直流電機(jī)調(diào)速相同“硬度”的機(jī)械特性，因而可以說(shuō)玷室，變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)完全具備了用于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)這種位能負(fù)載上的可能性零蓉。在本項(xiàng)目中使用的A-B 1336FORCE變頻器，采用FORCE磁場(chǎng)定向控制技術(shù)穷缤，能夠獲得交流電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的卓越控制性能敌蜂。FORCE技術(shù)是使交流電動(dòng)機(jī)真正獲得“類似直流調(diào)速”性能的變頻技術(shù)。

4　系統(tǒng)功能

4.1控制功能

　　轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻系統(tǒng)各變頻器的控制分兩種方式：

　〗蚋亍（1）變頻裝置的單機(jī)調(diào)試章喉、檢修在人機(jī)接口操作面板（HMI）上完成；

　∩碜（2）設(shè)備聯(lián)動(dòng)運(yùn)行通過(guò)PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（操作地點(diǎn)：正常生產(chǎn)時(shí)在中控室或機(jī)旁秸脱，聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)在變頻器柜柜門）。

　　在任何一種情況下部蛇，均能保證控制方式的唯一性撞反，而且控制方式的切換通過(guò)柜門上轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕實(shí)現(xiàn)搪花，方便遏片、可靠。

　　轉(zhuǎn)爐4臺(tái)傾動(dòng)變頻器在正常工作時(shí)以1主3從方式進(jìn)行工作岛牺；當(dāng)其中1臺(tái)故障時(shí)辫慎，余下3臺(tái)裝置轉(zhuǎn)換調(diào)整后以1主2從方式進(jìn)行工作；進(jìn)一步當(dāng)其中2臺(tái)故障時(shí)涮愧，余下2臺(tái)裝置轉(zhuǎn)換調(diào)整后以1主1從方式進(jìn)行工作叶偶。

4.2 系統(tǒng)配置和功能實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)傾動(dòng)機(jī)構(gòu)工藝要求及控制功能，每座轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻系統(tǒng)配置了一套相對(duì)獨(dú)立的PLC（1#轉(zhuǎn)爐為PLC12）系統(tǒng)订搏，通過(guò)控制總線Control Net網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐變頻器及PLC間的通訊（如圖3）, 同時(shí)實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)爐主PLC（1#轉(zhuǎn)爐為PLC11）系統(tǒng)的通訊（如圖4）锯运。系統(tǒng)主要硬件配置如下：

　　傾動(dòng)變頻器：1336T-B250-AA-GT3EN-L4 四臺(tái)（含制動(dòng)組件）

　　ControlNet光纖模塊：1786-RPFS 四塊

　　控制系統(tǒng)：1756-L55M22 Logix5555控制器 一個(gè)

　　在轉(zhuǎn)爐傳動(dòng)變頻控制系統(tǒng)中，4臺(tái)變頻器通過(guò)光纖連接框辞，構(gòu)成主從應(yīng)用工作組蛔颖，工作時(shí)其中一臺(tái)設(shè)為主傳動(dòng)工作方式，另三臺(tái)工作在從傳動(dòng)方式缤媒，從傳動(dòng)變頻器以轉(zhuǎn)矩模式工作政拾，主變頻器速度由PLC系統(tǒng)通過(guò)變頻器I/O口給定，主變頻器通過(guò)Drive-to-Drive Link通訊向從機(jī)發(fā)送運(yùn)行信息岔冯，內(nèi)容包括主機(jī)轉(zhuǎn)速贸桶，轉(zhuǎn)矩及開(kāi)關(guān)狀態(tài)等，由主從裝置參數(shù)設(shè)定自動(dòng)實(shí)現(xiàn)與主傳動(dòng)的速度/轉(zhuǎn)矩跟蹤和轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確分配，實(shí)現(xiàn)了多電機(jī)傳動(dòng)中速度同步和轉(zhuǎn)矩分配皇筛。

圖3 變頻器系統(tǒng)通訊配置圖

圖4 轉(zhuǎn)爐變頻器系統(tǒng)I/O配置圖

　　系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)琉历， PLC系統(tǒng)通過(guò)CNB總線與轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻器正常通訊，實(shí)現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)采集水醋。當(dāng)因某種原因引起故障時(shí)旗笔，例如某臺(tái)從變頻器或電機(jī)故障時(shí)，故障變頻器自動(dòng)停止工作离例，另外三臺(tái)變頻器繼續(xù)工作换团，主變頻器控制負(fù)載在這三臺(tái)變頻器之間平均分配悉稠；當(dāng)主變頻器或電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)宫蛆，主變頻器停止工作，并發(fā)出故障信號(hào)的猛，此時(shí)可設(shè)置另外一臺(tái)變頻器為主傳動(dòng)耀盗，組成新的主/從工作組，按主/從方式繼續(xù)工作卦尊，新的主變頻器負(fù)責(zé)速度控制和負(fù)載分配猎之。

　　另外，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)需嚴(yán)格監(jiān)控乐跺，防止出現(xiàn)“溜車”故障鹃远，在轉(zhuǎn)爐傳動(dòng)變頻控制系統(tǒng)中，利用了PLC控制程序症忽，使抱閘在系統(tǒng)起動(dòng)后轉(zhuǎn)矩建立在一定的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)松開(kāi)嚎闹，在系統(tǒng)停止后轉(zhuǎn)矩下降至一定的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)抱緊，大大提高了系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性牙晰。

　　為了監(jiān)控轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)的位置暂臀，在設(shè)備主軸上安裝有編碼器，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將信號(hào)傳送到PLC系統(tǒng)较谣，通過(guò)PLC來(lái)計(jì)算帐扯、轉(zhuǎn)換，在畫面上顯示趾赡。

5 1336 FORCE變頻器的參數(shù)設(shè)置及鏈接

5.1 術(shù)語(yǔ)

　　(1) 參數(shù)（parameter）：存儲(chǔ)在裝置中包含有信息的內(nèi)存區(qū)域赴辨。包括參數(shù)號(hào)，參數(shù)數(shù)據(jù)好勤，以及和該參數(shù)有關(guān)的所有其余信息

　　(2) 匯參數(shù)（sink）：可用于與其他參數(shù)接受和發(fā)送信息的讀寫參數(shù)婿着，匯參數(shù)僅能從一個(gè)參數(shù)接受信息，但可同時(shí)發(fā)送信息至幾個(gè)匯參數(shù)醋界。

　　(3) 源參數(shù)（source）：可用于發(fā)送信息至匯參數(shù)的只讀參數(shù)竟宋。一個(gè)源參數(shù)可同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)至幾個(gè)匯參數(shù)。

　　(4) 鏈接（link）：在兩個(gè)參數(shù)(sink source)間，允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖溄?在link中source可以是源參數(shù)丘侠，匯參數(shù)或者功能塊代碼徒欣。

5.2 1336 FORCE變頻器的參數(shù)設(shè)置

　　1336 FORCE變頻器的參數(shù)較多，包含在以下四個(gè)文件中：

　∥献帧（1） Startup File

　〈蚋巍（2） Communications I/O File

　　（3） Velocity Torque File

　∨膊丁（4） Diagnostics File

　　每個(gè)文件包含若干個(gè)參數(shù)組粗梭，變頻器某項(xiàng)功能所需要的參數(shù)都在一個(gè)組內(nèi)，這樣在完成一種功能設(shè)定時(shí)不需要改變參數(shù)組级零，但一個(gè)參數(shù)可以在多個(gè)組中断医。

　　由于變頻器功能參數(shù)很多，實(shí)際應(yīng)用中淤汽，沒(méi)有必要對(duì)每一參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試葡谅，多數(shù)可采用缺省值，有些參數(shù)可以通過(guò)做AUTOTUNE后產(chǎn)生卸能，例如：速度調(diào)節(jié)器和滑差調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)括柿、額定轉(zhuǎn)速和額定電流下的Q軸和D軸電壓、電機(jī)的額定和最大最小滑差頻率等等延坡，不需人工設(shè)定饲丢。而有些參數(shù)則要根據(jù)電機(jī)的負(fù)載特性和功能來(lái)設(shè)定，主要設(shè)置的參數(shù)為電機(jī)銘牌參數(shù)舵博，極限參數(shù)（包括速度和電流）蜻弧，定標(biāo)參數(shù)，鏈接參數(shù)和通訊口等躁盗。另外，更換同型號(hào)電機(jī)后拗酌，可以繼續(xù)使用原有參數(shù)而不需要改變川砌。但反饋類型改變后，由于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響較大春哨，需要重新做AUTOTUNE荆隘。根據(jù)傾動(dòng)電機(jī)工藝參數(shù)和相關(guān)特性，表1列出了1＃傾動(dòng)變頻器部分參數(shù)的設(shè)置赴背。

表1 1＃傾動(dòng)變頻器參數(shù)的設(shè)置

5.3 變頻器的參數(shù)鏈接

　　通過(guò)參數(shù)鏈接椰拒，可以實(shí)現(xiàn)PLC 對(duì)變頻器啟停信號(hào)的控制，變頻器反饋信號(hào)的接收以及變頻器與變頻器之間信號(hào)的傳輸凰荚。表2以1＃傾動(dòng)變頻器為例說(shuō)明參數(shù)鏈接及與PLC的對(duì)應(yīng)關(guān)系燃观。

表2 1＃傾動(dòng)變頻器參數(shù)鏈接及與PLC的對(duì)應(yīng)關(guān)系

5.4 DriverTools調(diào)試軟件

　　1336 Force系列交流變頻器可通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形化參數(shù)設(shè)置、編程及監(jiān)控軟件DriveTools32，通過(guò)與變頻器通訊下載/上載方便地實(shí)現(xiàn)下列功能：
　　* 菜單索引的參數(shù)存取
　　* 參數(shù)組讀及寫
　　* 將現(xiàn)有的參數(shù)組復(fù)制到同系列的其它裝置上
　　* 打印參數(shù)組
　　* 對(duì)控制字進(jìn)行操作（開(kāi)關(guān)量命令缆毁、如開(kāi)/關(guān)命令）及施加給定值
　　* 通過(guò)狀態(tài)字進(jìn)行觀察及讀出實(shí)際植
　　* 讀出故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)

6　結(jié)束語(yǔ)

　　酒鋼200萬(wàn)煉鋼1#轉(zhuǎn)爐于二零零五年四月投產(chǎn)以來(lái)番川，傾動(dòng)變頻器系統(tǒng)滿足工藝要求，運(yùn)行穩(wěn)定可靠脊框，取得了良好的效果颁督。

參考文獻(xiàn)

[1]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［第2版］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000

[2]1336 Force交流變頻器用戶手冊(cè)

作者簡(jiǎn)介

　　李東曉(1968-) 男 1990年7月畢業(yè)于蘭州大學(xué)數(shù)學(xué)系浇雹，現(xiàn)任酒鋼自動(dòng)化公司自動(dòng)化系統(tǒng)研究所副所長(zhǎng)沉御、工程師。

　　常紅霞(1970-) 女 1991年7月畢業(yè)于上海冶金工業(yè)學(xué)校電氣自動(dòng)化專業(yè)依筝，現(xiàn)任酒鋼自動(dòng)化公司自動(dòng)化系統(tǒng)研究工程師芋甸。

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