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摘要：本文針對酒鋼200萬煉鋼轉爐傾動系統電機的機械特性和工藝要求，結合生產實際，對ControlLogix PLC系統和1336 Force交流變頻器在酒鋼200萬煉鋼轉爐傾動系統的使用情況進行分析了和闡述。

關鍵詞：PLC 變頻器傾動 自動控制

1 引 言

酒鋼200萬煉鋼有3座120t頂底復吹轉爐，1#轉爐已經于2005年4月份投產，2#和3#轉爐于2006年初投產，三座轉爐的傾動和氧槍系統均采用羅克韋爾自動化公司的Allen-Bradley Logix平臺控制系統-ControlLogix，NetLinx網絡架構ControlNet，和基于磁場定向矢量控制技術的1336 Force交流變頻器，實現轉爐傾動和氧槍系統的自動控制，其自診斷和保護功能可靠，降低了設備故障停機時間，大大提高了生產效率。

2　轉爐傾動負載特性分析

2.1轉爐傾動負載特性分析

在轉爐系統中，爐體傾動部分采用四臺傾動電機，通過減速機剛性連接，并采用全懸掛固定方式和扭力桿力矩吸收方式，如圖1所示。

圖1轉爐傾動結構示意圖

根據工藝要求，轉爐的傾動角度為正反360°。轉爐爐口和爐底方向軸線與地平面垂直時為零位狀態。故爐子傾動負載力矩為角度的函數Mfz=f(θ) ，屬于反陰性的位能負載。另外，據工藝設計說明，轉爐按正力矩設計，即爐子耳軸下部比上部高，下部比上部重。從而確保轉爐電控系統失靈或抱閘力不夠時，能靠爐體自身的正力矩來確保爐口向上，這樣不至于發生倒鋼等事故。但當維修爐拆除爐底后以及爐口粘鋼渣太多時，爐體可能出現上部較下部重，由于液體鋼水重心隨轉爐傾角的變化而變化，這樣在修爐和出渣或出鋼時，可能出現負力矩。當爐體處于正力矩狀態時，電動機處于電動運行狀態，當爐體處于負力矩狀態時，電動機處于回饋制動狀態，電動機的機械特性和負載特性如圖2 。

(a)正力矩狀態(b)反力矩狀態

圖2 傾動電動機的機械特性和負載特性

傾動機構工藝要求：

主要特性及參數：工作傾動力矩：240t.m；

過載傾動力矩：660t.m；

傾動速度：0.10-1.0r/min；

傾動角度：+/-360°；

傾動電機：變頻電動機：YTSZ315L-10，4臺；

額定功率/電壓：110kW/AC380V；

額定轉速/頻率：585r/min / 50Hz；

額定力矩/電流：1750Nm/230A；

速度反饋用編碼器：30-3641IA-1024；

3　變頻調速的原理

我們知道，交流電動機的同步轉速表達式為：

n＝60f(1－s)/p

式中　n———異步電動機的轉速；

f———異步電動機的頻率；

s———電動機轉差率；

　p———電動機極對數。

由上式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，這就是變頻調速。

按照電力拖動原理，在基頻以下屬于“恒轉矩調速”，而在基頻以上，基本上屬于“恒功率調速”。由于轉爐傾動和氧槍升降屬重起動或滿載起動負載，故要求電動機在起動時要有足夠大的起動轉矩和足夠大的過載能力。采用恒磁通變頻調速，在低頻時（低速時）可通過人為地提高電壓來保證電機具有最大恒轉矩調速特性，因而可以滿足重載起動負載要求。另外由于轉爐傾動為位能負載，故有發電制動工作狀態。而變頻器可通過加“過壓保護放電阻”提供這種“回饋”通路。

由于變頻調速可以得到幾乎與直流電機調速相同“硬度”的機械特性，因而可以說，變頻調速傳動系統完全具備了用于轉爐傾動這種位能負載上的可能性。在本項目中使用的A-B 1336FORCE變頻器，采用FORCE磁場定向控制技術，能夠獲得交流電動機速度和轉矩的卓越控制性能。FORCE技術是使交流電動機真正獲得“類似直流調速”性能的變頻技術。

4　系統功能

4.1控制功能

轉爐傾動變頻系統各變頻器的控制分兩種方式：

（1）變頻裝置的單機調試、檢修在人機接口操作面板（HMI）上完成；

（2）設備聯動運行通過PLC系統實現（操作地點：正常生產時在中控室或機旁，聯機調試時在變頻器柜柜門）。

在任何一種情況下，均能保證控制方式的唯一性，而且控制方式的切換通過柜門上轉換開關、按鈕實現，方便、可靠。

轉爐4臺傾動變頻器在正常工作時以1主3從方式進行工作；當其中1臺故障時，余下3臺裝置轉換調整后以1主2從方式進行工作；進一步當其中2臺故障時，余下2臺裝置轉換調整后以1主1從方式進行工作。

4.2 系統配置和功能實現

根據傾動機構工藝要求及控制功能，每座轉爐傾動變頻系統配置了一套相對獨立的PLC（1#轉爐為PLC12）系統，通過控制總線Control Net網絡接口實現轉爐變頻器及PLC間的通訊（如圖3）, 同時實現與轉爐主PLC（1#轉爐為PLC11）系統的通訊（如圖4）。系統主要硬件配置如下：

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

ControlNet光纖模塊：1786-RPFS 四塊

控制系統：1756-L55M22Logix5555控制器一個

在轉爐傳動變頻控制系統中，4臺變頻器通過光纖連接，構成主從應用工作組，工作時其中一臺設為主傳動工作方式，另三臺工作在從傳動方式，從傳動變頻器以轉矩模式工作，主變頻器速度由PLC系統通過變頻器I/O口給定，主變頻器通過Drive-to-Drive Link通訊向從機發送運行信息，內容包括主機轉速，轉矩及開關狀態等，由主從裝置參數設定自動實現與主傳動的速度/轉矩跟蹤和轉矩準確分配，實現了多電機傳動中速度同步和轉矩分配。

圖3變頻器系統通訊配置圖

圖4 轉爐變頻器系統I/O配置圖

系統正常運行時， PLC系統通過CNB總線與轉爐傾動變頻器正常通訊，實現控制和數據采集。當因某種原因引起故障時，例如某臺從變頻器或電機故障時，故障變頻器自動停止工作，另外三臺變頻器繼續工作，主變頻器控制負載在這三臺變頻器之間平均分配；當主變頻器或電機出現故障時，主變頻器停止工作，并發出故障信號，此時可設置另外一臺變頻器為主傳動，組成新的主/從工作組，按主/從方式繼續工作，新的主變頻器負責速度控制和負載分配。

另外，轉爐傾動需嚴格監控，防止出現“溜車”故障，在轉爐傳動變頻控制系統中，利用了PLC控制程序，使抱閘在系統起動后轉矩建立在一定的輸出轉矩時松開，在系統停止后轉矩下降至一定的輸出轉矩時抱緊，大大提高了系統應用的可靠性。

為了監控轉爐的傾動的位置，在設備主軸上安裝有編碼器，通過現場總線將信號傳送到PLC系統，通過PLC來計算、轉換，在畫面上顯示。

51336 FORCE變頻器的參數設置及鏈接

5.1 術語

(1) 參數（parameter）：存儲在裝置中包含有信息的內存區域。包括參數號，參數數據，以及和該參數有關的所有其余信息

(2) 匯參數（sink）：可用于與其他參數接受和發送信息的讀寫參數，匯參數僅能從一個參數接受信息，但可同時發送信息至幾個匯參數。

(3) 源參數（source）：可用于發送信息至匯參數的只讀參數。一個源參數可同時發送數據至幾個匯參數。

(4) 鏈接（link）：在兩個參數(sink source)間，允許數據傳輸的軟件鏈接.在link中source可以是源參數，匯參數或者功能塊代碼。

5.21336 FORCE變頻器的參數設置

1336 FORCE變頻器的參數較多，包含在以下四個文件中：

（1） Startup File

（2） Communications I/O File

（3） Velocity Torque File

（4） Diagnostics File

每個文件包含若干個參數組，變頻器某項功能所需要的參數都在一個組內，這樣在完成一種功能設定時不需要改變參數組，但一個參數可以在多個組中。

由于變頻器功能參數很多，實際應用中，沒有必要對每一參數進行設置和調試，多數可采用缺省值，有些參數可以通過做AUTOTUNE后產生，例如：速度調節器和滑差調節器的PID參數、額定轉速和額定電流下的Q軸和D軸電壓、電機的額定和最大最小滑差頻率等等，不需人工設定。而有些參數則要根據電機的負載特性和功能來設定，主要設置的參數為電機銘牌參數，極限參數（包括速度和電流），定標參數，鏈接參數和通訊口等。另外，更換同型號電機后，可以繼續使用原有參數而不需要改變。但反饋類型改變后，由于對整個系統的影響較大，需要重新做AUTOTUNE。根據傾動電機工藝參數和相關特性，表1列出了1＃傾動變頻器部分參數的設置。

表1 1＃傾動變頻器參數的設置

5.3 變頻器的參數鏈接

通過參數鏈接，可以實現PLC 對變頻器啟停信號的控制，變頻器反饋信號的接收以及變頻器與變頻器之間信號的傳輸。表2以1＃傾動變頻器為例說明參數鏈接及與PLC的對應關系。

表21＃傾動變頻器參數鏈接及與PLC的對應關系

5.4 DriverTools調試軟件

1336 Force系列交流變頻器可通過計算機圖形化參數設置、編程及監控軟件DriveTools32，通過與變頻器通訊下載/上載方便地實現下列功能：

* 菜單索引的參數存取

* 參數組讀及寫

* 將現有的參數組復制到同系列的其它裝置上

* 打印參數組

* 對控制字進行操作（開關量命令、如開/關命令）及施加給定值

* 通過狀態字進行觀察及讀出實際植

* 讀出故障信號和報警信號

6　結束語

酒鋼200萬煉鋼1#轉爐于二零零五年四月投產以來，傾動變頻器系統滿足工藝要求，運行穩定可靠，取得了良好的效果。

參考文獻

[1]韓安榮.通用變頻器及其應用［第2版］.北京：機械工業出版社，2000

[2]1336 Force交流變頻器用戶手冊