轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)傳動及控制

轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)傳動及控制【摘要】湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司寬厚板廠轉(zhuǎn)爐傾動傳動系統(tǒng)采用西門子低壓變頻器，由一套西門子S7-400PLC進行外部信號的采集及傳動變頻器的啟停及主站給定信號的控制，同時對變頻器的反饋信號做出處理。本文介紹了電控系統(tǒng)的基本組成，傳動系統(tǒng)的力矩平衡控制及主站的選擇。著重介紹了SIMOLINK在該系統(tǒng)中的應(yīng)用。【關(guān)鍵詞】力矩平衡；SIMOLINK；主從控制2005年湖南華菱鋼鐵有限公司寬厚板廠正式投入生產(chǎn)運行。寬厚板廠的轉(zhuǎn)爐煉鋼傾動裝置采用全懸掛扭力桿平衡型式。它由以下幾部分組成：驅(qū)動電動機、一次減速機、二次減速機、扭力桿平衡裝置和潤滑裝置等。一次減速機總共有4臺，每臺一次減速機由一臺變頻電機電機驅(qū)動。變頻電動機為江西特種電機廠產(chǎn)品，電機的主要參數(shù)為：電機的額定功率132kW；電樞電壓380V；電機額定轉(zhuǎn)速735r/min。傾動裝置正常時四臺電動機均需投入，且保持力矩平衡，當有一臺電動機故障時允許三臺電動機工作，當選擇三臺以下電動機運行時報警提示。轉(zhuǎn)爐傾動共有四檔速度，速度控制采用西門子交流調(diào)速裝置實現(xiàn)。在各交流變頻器和PLC之間有PROFIBUS-DP通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)的及時傳遞。四臺交流變頻器之間還組成了一個SIMOLINK網(wǎng)，采用主從控制方式。主站速度由PLC給定，其它從站為轉(zhuǎn)矩控制方式，將跟隨主站的輸出力矩進行調(diào)整，以平衡力矩。1.傾動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡控制由于轉(zhuǎn)爐的傾動由4臺電機傳動，若由一臺變頻器集中供電，由于機械特性的差異，在4臺電機速度相同的情況下（剛性連接使它們的速度必然相同）勢必造成4臺電機的電流或力矩差異，如圖1所示。圖1電機機械特性示意圖如圖1所示，當機械特性差異較大時，很可能造成一臺或多臺電機滿負荷或過負荷工作，而其它的電機半負荷工作或根本就不出力，造成設(shè)備資源的浪費，甚至頻繁跳閘，影響生產(chǎn)。為了解決這個問題，我廠采用由4臺變頻器分別對4臺電機單獨供電。但必須指出的是，采用4臺變頻器對剛性連接的電機供電是一面雙刃劍，用得好不僅可以完全消除靜態(tài)誤差，動態(tài)特性也可以幾乎完全一致；用得不好，其后果可能比單臺變頻器供電更糟，不僅存在靜態(tài)誤差，動態(tài)特性的差異可能使電機交替扮演電動和發(fā)電的角色，造成齒輪和連接軸的頻繁沖擊，引起材料的疲勞損傷，從而使軸斷裂。主從控制方式為我們提供了一個解決這個問題的很好辦法。由于從站的給定來自于主站的輸出轉(zhuǎn)矩。由圖3所示，4臺變頻器共用了一個電流給定，因而不僅沒有靜態(tài)誤差，其傳動特性也基本一致，而且其工作方式靈活多變。為了更好的實現(xiàn)主從控制方式，我廠在四臺變頻器之間組成了一個西門子專用的SIMOLINK網(wǎng)。SIMOLINK（SiemensMotionLink）是以光纖電纜為傳輸介質(zhì)的數(shù)字串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其應(yīng)用之一就是可以實現(xiàn)單個傳動裝置之間在共同系統(tǒng)時鐘下所有連接站的同步，快速及精確的過程數(shù)據(jù)（控制信息、給定值、實際值及狀態(tài)信息）的周期傳輸。其傳輸速率最高可達11Mbit/s，它可以應(yīng)用于裝置對裝置功能，也能應(yīng)用于主/從功能。其應(yīng)用也比較簡單。在每一個變頻器中安裝一塊SIMOLINK板，板之間用光纖連接。硬件連接正常后，對變頻器進行站地址等簡單的參數(shù)設(shè)置后，SIMOLINK網(wǎng)絡(luò)就組建完成并可以應(yīng)用了。在我廠的實際應(yīng)用中主站設(shè)定P751.2=K165，從站中設(shè)定P486=K7002，這樣就可以實現(xiàn)從站的給定值來源于SIMOLINK接收的主站第二個字。而主站傳出的第二個字為主站的轉(zhuǎn)矩限幅輸出值。最終實現(xiàn)了從站給定值跟隨主站的輸出轉(zhuǎn)矩而變化。2.主站的選擇由于整個系統(tǒng)是由四套完全一樣的調(diào)速系統(tǒng)組成，而采用的是一主三從的控制方式。又由于傾動系統(tǒng)在整個轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)功能中的特殊性，跟據(jù)工藝的要求當有一臺電動機故障時允許三臺電動機工作。所以要求主站有唯一性并能自動轉(zhuǎn)換。所謂唯一性，就是說在正常運行時，只有一個主站。在主站出現(xiàn)故障而跳閘時，三個從站中有一個自動轉(zhuǎn)為主站，其它兩個從站轉(zhuǎn)而跟隨新的主站。我廠傾動系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)該功能的，在正常工作時，即四臺電機一起工作時，我們設(shè)定第一臺為主站，在第一臺變頻器中，我們設(shè)定主從選擇參數(shù)P587=0，即始終為主站。在其它幾臺變頻器中，我們設(shè)定主從選擇參數(shù)P587=19，即該參數(shù)由CUVC板上的數(shù)字量輸入5的反相信號決定。當CUVC板上的數(shù)字量輸入5的信號為低電平時，該站為從站，當CUVC板上的數(shù)字量輸入5的信號為高電平時，該站為主站。數(shù)字量輸入5接一個外部繼電器的接點，而該外部繼電器的吸合由主PLC控制。這樣由PLC和變頻器的I/O共同組成了該系統(tǒng)的主站選擇功能。在四臺電機都正常工作的情況下，第一臺變頻器為主站，其它三臺跟隨其運行。當?shù)谝慌_變頻器出現(xiàn)跳閘故障時，PLC通過變頻器的狀態(tài)獲取該信息并作出處理。將第二臺變頻器的主從選擇外部繼電器吸合，這樣第二臺變頻器自動變?yōu)榱酥髡?，其它兩站跟隨其運行。3.抱閘的控制由于轉(zhuǎn)爐工藝的特殊性，要求該系統(tǒng)的啟動和停止過程要很快，否則會造成下渣等工藝事故。由于這樣的工藝要求，對抱閘的控制變得特別重要。轉(zhuǎn)爐由于抱閘的作用，可以停在任何位置，也就是說要在任何位置都能啟動。如果抱閘控制得不好，由于轉(zhuǎn)爐自身重力的作用，可能造成轉(zhuǎn)爐溜車等較嚴重的事故。我廠傾動系統(tǒng)的抱閘開關(guān)是由變頻器直接控制，西門子變頻器本身就帶有抱閘控制的功能。我們就應(yīng)用了該功能，抱閘并不是啟動信號一到就打開，因為這樣會造成轉(zhuǎn)爐溜車甚至無法啟動。變頻器在接到啟動命令后對電機輸出，當建立一定的力矩后，變頻器才會輸出開抱閘的信號。開抱閘的閥值由P611進行設(shè)定。為了降低對機械設(shè)備的沖擊，關(guān)抱閘的信號也不是停止信號一到就發(fā)出，而是通過一個比較功能，當系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降到某一個值時，變頻器才會發(fā)出關(guān)抱閘的信號。因為四臺電機的抱閘必須同時打開，而整個系統(tǒng)有四臺變頻器，到底是由哪一臺變頻器來控制整個抱閘系統(tǒng)呢？在最初的設(shè)計中，四臺變頻器的抱閘控制信號是并聯(lián)的。這種控制存在一個問題，因為變頻器當其中的一臺變頻器出現(xiàn)故障時，可能造成抱閘不能關(guān)閉，而這種軟故障是非常難查找和解決的。抱閘不能正常關(guān)閉對裝有液態(tài)鋼水的轉(zhuǎn)爐來說造成的后果將是非常嚴重的。新爐試生產(chǎn)時就曾出現(xiàn)過這樣的事故。為了最大限度的保證抱閘能正常的關(guān)閉，我們對原設(shè)計進行了改進。將主從控制的外部繼電器的接點串入了抱閘控制回路中，只有主站的抱閘控制信號才是最終有效的信號。另外我們還將變頻器故障、系統(tǒng)溜車等信號并入了關(guān)抱閘的控制中。經(jīng)過這一系列的改造后，轉(zhuǎn)爐未出現(xiàn)由于溜車而造成的事故。4.轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動角度的處理由于轉(zhuǎn)爐工藝過程中，轉(zhuǎn)爐有幾個實用的位置，如兌鐵位、出鋼位等，另外，轉(zhuǎn)爐的速度與其位置也有一定的聯(lián)鎖關(guān)系，如我廠的轉(zhuǎn)爐在到了前后70度后，轉(zhuǎn)爐的速度就自動降為一檔（最低速）。我廠轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動的角度是這樣獲得的，轉(zhuǎn)爐的耳軸上裝有一個多模的絕對位置編碼器，通過以下簡單的公式就可以計算出轉(zhuǎn)爐的位置。W=K*（P1-P0）其中：W表示轉(zhuǎn)爐的實際位置K表示一個轉(zhuǎn)換系數(shù)：每變化一個單位的位置值對應(yīng)的角度變化P1表示實時的位置值P0表示轉(zhuǎn)爐在垂直位時的位置值K是經(jīng)過多次試驗計算出來的一個系數(shù)。而為了獲得轉(zhuǎn)爐在垂直位時的位置值。在轉(zhuǎn)爐的耳軸上方安裝了一個接近開關(guān)，每次轉(zhuǎn)爐到達垂直位置時，該接近開關(guān)就會發(fā)一個信號到PLC，PLC馬上記錄下此時編碼器的值并保存下來直到下一次轉(zhuǎn)爐重新到達垂直位。5.實際運行過程PLC與變頻器通過DP網(wǎng)進行通訊，當控制室搖爐手柄離開零位時，PLC給各變頻器發(fā)出啟動信號，并將速度給定發(fā)給主站變頻器，主站變頻器接到上述信號后馬上輸出，各從站通過SIMOLINK網(wǎng)獲得主站變頻器轉(zhuǎn)矩值作為自身的給定進行控制輸出。當系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩達到一定的值后，主站變頻器發(fā)出抱