摘  要：本文介紹了山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)的特點(diǎn)和控制要求。通過風(fēng)光JD-BP32系列變頻器的系統(tǒng)配置和現(xiàn)場調(diào)試，滿足了轉(zhuǎn)爐設(shè)備的控制要求。轉(zhuǎn)爐傾動多年平穩(wěn)運(yùn)行，印證了調(diào)試JD-BP32系列變頻器的方案是可行的。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光JD-BP32變頻器  轉(zhuǎn)爐   應(yīng)用

1轉(zhuǎn)爐傳動系統(tǒng)特點(diǎn)

      轉(zhuǎn)爐設(shè)備是煉鋼廠的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，其爐體外形如圖1示。轉(zhuǎn)爐像一個“掛著的水桶”。轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要電力傳動設(shè)備包括爐體傾動的電力傳動設(shè)備及氧槍傳動的電力控制設(shè)備。下面介紹爐體傾動的電力傳動設(shè)備。

      在大中型轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中，爐體傾動部分一般采用四臺傾動電機(jī)，通過減速機(jī)剛性連接，并采用全懸掛固定方式和扭力矩吸收方式。

      煉鋼廠轉(zhuǎn)爐傾動裝置在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中，需對轉(zhuǎn)爐傾動裝置進(jìn)行頻繁的起動、制動及加減速操作，所以對傾動裝置的控制精度及系統(tǒng)的響應(yīng)時間有很高的要求。轉(zhuǎn)爐傾動負(fù)載特性及電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析如下：
      根據(jù)轉(zhuǎn)爐控制工藝要求，轉(zhuǎn)爐的傾動角度為正反360°，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐口與爐底方向軸線與地平面垂直時為垂直狀態(tài)，故轉(zhuǎn)爐傾動負(fù)載力矩為角度的函數(shù)，即T_fz＝f（θ），屬于反阻性的位能負(fù)載。另外，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)說明，轉(zhuǎn)爐按正力矩設(shè)計(jì)，即轉(zhuǎn)爐的耳軸下部比上部高，下部比上部重，從而保證轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)爐傾動裝置的實(shí)際操作中，進(jìn)行倒渣或出鋼時，可能出現(xiàn)負(fù)力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于正力矩狀態(tài)時，電動機(jī)處于電動運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于負(fù)力矩狀態(tài)時，電動機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，此時電動機(jī)處于回饋制動狀態(tài)，傾動裝置的驅(qū)動電動機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性如圖2所示：

2轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)的基本要求

     （1）四臺電動機(jī)同步啟動、制動及同步運(yùn)行，根據(jù)要求轉(zhuǎn)爐可以在0.2～1.0r/min之間進(jìn)行傾動速度調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐可以做±360°旋轉(zhuǎn)。

     （2）當(dāng)轉(zhuǎn)爐正在出鋼、出渣時，交流電源系統(tǒng)發(fā)生停電故障，此時利用UPS電源將4臺制動器打開,轉(zhuǎn)爐依靠自重復(fù)位, 轉(zhuǎn)爐處于安全位置。

     （3）當(dāng)轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)塌爐等事故時，傾動機(jī)械的機(jī)電設(shè)備能短時過載,轉(zhuǎn)爐以0.2r/min速度旋轉(zhuǎn)，傾動轉(zhuǎn)爐倒出爐內(nèi)裝盛物，然后進(jìn)行事故處理。

     （4）轉(zhuǎn)爐為全正力矩設(shè)計(jì)，即在整個工作傾動角度內(nèi)由0°～士180°方向傾動均為正力矩。

     （5）為防止電動機(jī)突然啟動對設(shè)備的沖擊,轉(zhuǎn)爐開始傾動時電動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)從零開始逐漸加速，從零到正常速度的加速時間是2s。

     （6）由于制動器制動力矩較大，為了防止制動時對設(shè)備的沖擊,轉(zhuǎn)爐制動時應(yīng)先通過能耗制動將電動機(jī)減速，當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾動速度接近零時，制動器失電制動,制動時間為2S。

     （7）轉(zhuǎn)爐冶煉工藝過程轉(zhuǎn)動角度及速度控制范圍要求見表1。

3 山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐主要控制難點(diǎn)

3.1主要控制難點(diǎn) 

    轉(zhuǎn)爐控制主要完成爐前的爐門動作和爐體的傾動操作，爐后傾爐和出鋼鋼包車、出渣渣車操作，煙罩的升降操作和冷卻水流量、壓力聯(lián)鎖控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯(lián)鎖控制，氧槍橫移換槍操作，上料稱重和進(jìn)料操作，并完成轉(zhuǎn)爐水冷煙罩、水冷爐壁、水冷氧槍等水冷系統(tǒng)多個測溫點(diǎn)溫度變化的實(shí)施數(shù)據(jù)采集以及冷卻水系統(tǒng)壓力、流量等實(shí)時數(shù)據(jù)采集監(jiān)視和超限及事故報(bào)警。通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC和操作站之間的實(shí)時數(shù)據(jù)傳送，由人機(jī)界面完成生產(chǎn)過程監(jiān)控。 圖3為轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場圖。

圖3 轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場圖

    其中，四臺轉(zhuǎn)爐傾動電機(jī)的控制是該項(xiàng)目中技術(shù)難度最大的課題，要求必須做到快速響應(yīng)，控制精度、安全可靠性能要求比較高。設(shè)計(jì)采用的傳動控制裝置是風(fēng)光JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品，型號為 JD-BP32-315T（315kW/380V），較好地解決了以上難題。 

3.2轉(zhuǎn)爐傾動變頻控制方式選擇

根據(jù)近幾年轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)單位針對“一拖四”控制方式（即一臺變頻器拖動四臺電動機(jī)）和“四拖四”主從控制方式進(jìn)行了認(rèn)真的比較，認(rèn)為“一拖四”的控制方式，系統(tǒng)簡單，易編程調(diào)試和維護(hù)，從安全、合理的角度考慮，每座轉(zhuǎn)爐另外設(shè)一套變頻器裝置作為備用，以化解轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時，因變頻器故障而帶來的停產(chǎn)。最終設(shè)計(jì)單位確定了四臺電動機(jī)采用“一拖四”控制方式。轉(zhuǎn)爐傾動主回路如圖4所示。

圖4  轉(zhuǎn)爐傾動主回路圖

3.3轉(zhuǎn)爐傾動變頻控制特點(diǎn)

（1）再生能量的處理：對于轉(zhuǎn)爐傾動這種負(fù)載，變頻器選用的最重要原則之一是：所選變頻器必須具有在滿載或過載時輸出轉(zhuǎn)矩恒定的高性能變頻器，以保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的安全性。另外要具有再生發(fā)電制動功能。為了保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的連續(xù)性，采用傳統(tǒng)的制動單元和制動電阻，而不采用回饋單元，處理電機(jī)的再生發(fā)電。

（2）開抱閘的控制：轉(zhuǎn)爐傾動在控制過程中，應(yīng)防止出現(xiàn)“溜車”故障。利用PLC控制程序，使抱閘在系統(tǒng)起動后電機(jī)轉(zhuǎn)矩建立到足夠大時松開，大大提高了系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。

3.4轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)操作

（1）三地操作：根據(jù)煉鋼工藝的要求，轉(zhuǎn)爐傾動需三地控制，分別是主控室主操作臺控制、轉(zhuǎn)爐爐前操作臺控制、轉(zhuǎn)爐爐后操作臺控制。主控室主操作臺控制：在主控室通過主操作臺上的按鈕及搖爐主令控制器可對轉(zhuǎn)爐進(jìn)行搖爐、加料、出料及其它所有的操作均能在主控室主操作臺上進(jìn)行。轉(zhuǎn)爐爐前、爐后操作臺控制：主要是在出料出渣及轉(zhuǎn)爐維護(hù)時現(xiàn)場工人使用，由于在主控室只能看到轉(zhuǎn)爐的一個正面，在出料出渣時無法看到出料的多少，這樣只能借助于現(xiàn)場爐前爐后操作臺工人的現(xiàn)場操作。

（2）開停機(jī)及速度給定——傾動搖爐主令控制器
     開停機(jī)及速度給定控制由傾動搖爐主令控制器給出，現(xiàn)主令控制器選用TE公司生產(chǎn)的XDA-V11122型。XDA-V11122型主令控制器與PLC之間進(jìn)行電壓模擬量輸入，電壓范圍為-10V～+10V。當(dāng)輸入電壓-10V～0V時，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)輸入電壓0V～+10V時，電機(jī)正轉(zhuǎn)。在PLC程序中，將-10V～＋l0V的范圍對應(yīng)劃分為-27648～＋27648數(shù)字范圍。當(dāng)輸入在-27648～-300時，電機(jī)反轉(zhuǎn)；在300～27648時，電機(jī)正轉(zhuǎn)；在-300～＋300時，電機(jī)不動，防止控制器漂移而發(fā)生誤動。

4山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)

該鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐工程為新建項(xiàng)目，采用了當(dāng)時國內(nèi)外先進(jìn)的控制工藝、控制技術(shù)，項(xiàng)目于2003年7月一次性投運(yùn)成功。該轉(zhuǎn)爐傾動部分的主要工藝參數(shù)如下：

轉(zhuǎn)爐公稱容量：50T

額定傾動力矩：1000kN.m

最大事故力矩：2300 kN.m

傾動速度：0.2～1.0rpm

總傳動比：563.08

傾動電機(jī)：YGP315M-8，45kW，電機(jī)為輥道用變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)，定子Y接， H級絕緣，工作制S5（40%），cosΦ=0.76，額定電流85.9A,額定轉(zhuǎn)矩659.1N.m。

5 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)

JD-BP32系列變頻器是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司采用全新理念自主開發(fā)的一系列高性能，簡易型、低噪音變頻器。在提高穩(wěn)定性的前提下增加了簡易PLC、實(shí)用的PI調(diào)節(jié)，靈活的輸入輸出端子、參數(shù)在線修改、自識別信號傳輸故障、停電和停機(jī)參數(shù)存儲、定長控制、擺頻控制、RS485控制、現(xiàn)場總線控制等一系列實(shí)用先進(jìn)的運(yùn)行、控制功能。為設(shè)備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案，對降低系統(tǒng)采購和運(yùn)營成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助。

JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如表2所示。

6 具體調(diào)試過程

由于工藝需要需要經(jīng)常頻繁搖爐，再加上自身重量和爐內(nèi)料的重量達(dá)160噸左右，負(fù)載慣性大，為確保在任意位置不下滑，每臺電機(jī)的機(jī)械抱閘何時打開、何時關(guān)閉是調(diào)試的關(guān)鍵。在實(shí)際調(diào)試過程中，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，選擇四臺電動機(jī)額定電流值之和的空載值（30～35%），此時電機(jī)已建立起足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，通過與PLC配合，制動器可以打開。這樣可以避免出現(xiàn)“溜車”現(xiàn)象。

由于轉(zhuǎn)爐變頻器是“一拖四”控制，所以變頻控制只能采用“V/F”控制，為了提高變頻器在低速的轉(zhuǎn)矩，啟動時應(yīng)加上一個合適的提升電壓。

電壓提升參數(shù)：P0.09=6% 啟動時電壓提升的數(shù)值。P0.10=10Hz 轉(zhuǎn)矩提升截止頻率。變頻器主要調(diào)試參數(shù)如表3所示。

然后根據(jù)工藝要求，變頻器與PLC控制系統(tǒng)連接信號主要有：正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)運(yùn)行，急停，復(fù)位，變頻器運(yùn)行信號（開抱閘信號）和變頻器故障信號。根據(jù)現(xiàn)場接線圖5示。

圖5 變頻器與PLC接線圖

7 現(xiàn)場使用情況

轉(zhuǎn)爐傾動電機(jī)的具體控制過程如下：

（1）起動過程
     當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備運(yùn)行時，變頻器主回路各開關(guān)及接觸器接通，主令控制器將模擬量數(shù)值輸入PLC中，通過主令控制器輸入的正負(fù)值，PLC判斷變頻器正、反轉(zhuǎn)，對主令控制器的輸入值取絕對值后作為變頻器的速度控制而輸出，變頻器無故障的情況下開始運(yùn)行，開閘信號（根據(jù)變頻器輸出電流是否到達(dá)所需的電機(jī)電流的幅值）由PLC給出，轉(zhuǎn)爐傾動電機(jī)開始轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)速上升至給定值。

（2）停車

當(dāng)主令控制器打到停機(jī)位后，PLC發(fā)出停車指令，變頻器封鎖輸出，抱閘關(guān)閉，轉(zhuǎn)爐傾動停止轉(zhuǎn)動。

（3）故障

當(dāng)變頻器發(fā)生故障后，其故障信號輸入PLC中，抱閘關(guān)閉，同時PLC發(fā)出報(bào)警。

8結(jié)束語

2003年7月1日，整個轉(zhuǎn)爐工程投入使用。相比于鋼廠內(nèi)其它轉(zhuǎn)爐傾動直流調(diào)速控制，變頻調(diào)速具有維護(hù)費(fèi)用低，運(yùn)行時動作響應(yīng)快，運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，避免了溜車、鋼水外濺事故的發(fā)生。轉(zhuǎn)爐傾動多年平穩(wěn)運(yùn)行，印證了調(diào)試風(fēng)光JD-BP32-T系列變頻器的方案是可行的。

文章作者：

郭培彬，工程師，供職于山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司，從事變頻器的研發(fā)推廣應(yīng)用工作。

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